(57)【要約】【課題】複雑な製造工程を設けることなく、簡単に製造できて、しかも光信号が減衰しにくい光導波路を用いた光スイッチを提供する。【解決手段】本発明の光スイッチ１０は、基板１１上に下クラッド層１３と、該下クラッド層１３上にコア層１２を備え、コア層１２に複数の入射部１２ａ−１〜１２ａ−８と、複数の出射部１２ｂ−１〜１２ｂ−８を備えるとともに、複数の入射部１２ａ−１〜１２ａ−８と複数の出射部１２ｂ−１〜１２ｂ−８との間にスラブ導波路１２ｃを備えている。そして、スラブ導波路１２ｃに赤外線が所定の導波路パターンとなるように照射されることにより、このスラブ導波路１２ｃに温度分布が描画され、この温度分布に起因する屈折率分布に基づいて所定の導波路パターンが形成されるようにしている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入射部と複数の出射部を備え、前記入射部の何れか１つに入射された光を前記出射部の何れか１つから選択的に出射する光スイッチであって、
基板上に下地クラッド層を備えるとともに、該下地クラッド層上にこれよりも屈折率が高いコア層を備え、
前記コア層の一端部に複数の入射部を備えるとともに、前記コア層の他端部に複数の出射部を備え、
前記コア層の前記複数の入射部と前記複数の出射部との間にスラブ導波路を備え、
前記スラブ導波路に赤外線が照射されることにより、該スラブ導波路に温度分布が描画されて、当該温度分布に起因する屈折率分布に基づいて所定のパターンの導波路が形成されるようにしたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記複数の入射部の各々は光の入射面から前記スラブ導波路に向けてテーパー状に広がるように形成されているとともに、
前記複数の出射部の各々は前記スラブ導波路から光の出射面に向けてテーパー状に狭まるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記入射部の各々の入射面の幅は１０μｍで、前記スラブ導波路との界面での幅は５０μｍであるとともに、
前記出射部のの各々の出射面の幅は１０μｍで、前記スラブ導波路との界面での幅は５０μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記下地クラッド層および前記コア層は合成樹脂膜により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記コア層はフッ素化ポリイミドにより形成されており、前記下地クラッド層はポリイミドにより形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記下地クラッド層および前記コア層は無機質膜により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記コア層はＳｉＯＮにより形成されており、前記下地クラッド層はＳｉＯ２で形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光スイッチ。
【請求項８】
前記赤外線を凹面鏡に照射するとともに、該凹面鏡の回動により、前記スラブ導波路に温度分布が描画可能とされたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記赤外線の波長が前記コア層での光の吸収が高い波長であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項１０】
前記コア層の上に照射された光の吸収が高い材料からなる上クラッド層および保護層を設けるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項１１】
前記基板内には照射される赤外線の位置決のための複数の温度センサ部がＬＳＩにより形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）などの光通信および光信号処理において光路（導波路）を切り替えるために用いられる光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光スイッチにおいては、可動部分がなく、挿入損失が低く、小型で集積化が容易なポリマー材料（例えば、ポリイミド）を用いた光導波路型熱光学光スイッチが提案されるようになった。図８（ａ）はこの種の光導波路型熱光学光スイッチの構成を示す図である。図８（ａ）に示す光導波路型熱光学光スイッチにおいては、対称なＹ分岐導波路３１上に２つのヒータ抵抗３２，３３を配置し、このヒータ３２，３３によって一方の導波路３１を温め、屈折率を変化させて非対称Ｙ分岐導波路を形成し、他方の導波路に光レベルの多くを導波させるようにしている。
【０００３】
図８（ｂ）はヒータ３３への印加電圧と光出力レベルの関係を示す図であり、印加電圧が０のときは２つの出力ポートの光出力レベルは互いに等しい。この状態から、ヒータ３３への印加電圧を徐々に上昇させると、ヒータ３３の下部にある導波路は温められて屈折率が小さくなる。光は屈折率の高い領域を通ろうとする性質がある。このため、熱せられた導波路の屈折率が小さくなるにつれて、反対側の導波路の光量が増える。このようにして、ヒータへの印加電圧を変化させることにより、光スイッチとして動作するようになる。
【０００４】
ところで、上述のポリイミドなどのポリマー材料を用いたＹ分岐導波路による光スイッチのオン／オフ比は２０〜３０ｄＢと低くて、実用的ではないという問題があった。そこで、特許文献１（特開平９−３０４７９７号公報）において、光スイッチ素子を複数段に配列してＮ入力、Ｎ出力のスイッチングを行う光スイッチの各出力ポートに同様な光スイッチ素子を仮ゲートスイッチとして接続することが提案されるようになった。
【０００５】
一方、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）工程を利用して製造される光スイッチ（ＭＥＭＳ光スイッチ）が知られている。このＭＥＭＳ光スイッチにおいては、ミラーがカンチレバー上に垂直に固定されており、このミラーを支持するカンチレバーを静電力を使用して駆動し、光信号をオン・オフすることとされている。しかしながら、ミラーを垂直に支持するために使用されているマイクロヒンジ機構にはある程度のガタが避けがたいため、対振動性およびミラー設置精度が悪く、光路オン・オフの信頼性に劣るという欠点があった。
【０００６】
そこで、特許文献２（特開２００２−２３０７３号公報）において、対振動性およびミラー設置精度が良く、光路オン・オフの信頼性に優れたＭＥＭＳ光スイッチが提案されるようになった。
【特許文献１】
特開平９−３０４７９７号公報
【特許文献２】
特開２００２−２３０７３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平９−３０４７９７号公報にて提案された光スイッチにおいては、光スイッチ素子を複数段に配列するために、光の損失（ロス）が大きく、光出力信号が減衰するという問題が生じた。一方、特開２００２−２３０７３号公報にて提案されたＭＥＭＳ光スイッチにおいては、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）工程を利用する必要があるため、製造工程が複雑で、容易に作製することができないという問題も生じた。このため、この種のＭＥＭＳ光スイッチが高価になるという問題が生じた。
【０００８】
そこで、本発明は上述したような問題点を解消するためになされものであって、複雑な製造工程を設けることなく、簡単に製造できて、しかも光信号が減衰しにくい導波路を用いた光スイッチを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の如き目的を達成するため、本発明の光スイッチは、基板上に下地クラッド層を備えるとともに、この下地クラッド層上にこれよりも屈折率が高いコア層を備え、コア層の一端部に複数の入射部を備えるとともに、コア層の他端部に複数の出射部を備え、コア層の複数の入射部と複数の出射部との間にスラブ導波路を備えている。そして、このスラブ導波路に赤外線が所定の導波路パターンとなるように照射されることにより、このスラブ導波路に温度分布が描画されて、当該温度分布に起因する屈折率分布に基づいて所定のパターンの導波路が形成されるようにしている。
【００１０】
ここで、コア層のスラブ導波路に赤外線が所定の導波路パターンとなるように照射されることにより、当該スラブ導波路に温度分布が描画されることとなる。このため、温度上昇したコア層の屈折率は低下して、屈折率分布が描画され、入射した光は屈折率が低い部分で全反射されるため、屈折率が低い部分が側壁となる所定のパターンの導波路が形成される。この状態から、今度は、上記とは異なる別の導波路パターンとなるように赤外線が照射されると、別のパターンの導波路が形成される。これにより、入射部に入射した光の光路が切り替えられて、光スイッチとして機能することとなる。
【００１１】
そして、入射部は光の入射面からスラブ導波路に向けてテーパー状に広がるように形成されているとともに、出射部はスラブ導波路から光の出射面に向けてテーパー状に狭まるように形成されていると、スラブ導波路に描画する導波路パターンを精度よく制御する必要がなくなる。このため、赤外線の描画制御が容易になって、この種の光スイッチの制御が容易になり、使い勝手も向上する。この場合、入射部は光の入射面の幅は光ファイバの直径と等しい１０μｍで、スラブ導波路との界面での幅は５０μｍにするのが望ましい。また、出射部は光の出射面の幅は光ファイバの直径と等しい１０μｍで、スラブ導波路との界面での幅は５０μｍにするのが望ましい。
【００１２】
ここで、下地クラッド層およびコア層は合成樹脂膜により形成されているのが望ましく、さらに、コア層はフッ素化ポリイミドにより形成され、下地クラッド層はポリイミドにより形成されているのが好ましい。また、下地クラッド層およびコア層は無機質膜により形成されているのが望ましく、さらに、コア層はＳｉＯＮにより形成され、下地クラッド層はＳｉＯ２で形成されているのが好ましい。そして、赤外線を照射してスラブ導波路に温度分布を描画する場合、赤外線を凹面鏡に照射し、この凹面鏡を回動させるようにするのが望ましい。
【００１３】
この場合、赤外線の波長はコア層での光の吸収が高い波長を用いるようにするのが望ましい。さらに、コア層の上に照射された光の吸収が高い材料からなる上クラッド層および保護層を設けるようにするのが好ましい。なお、基板内に照射する赤外線の位置決のための温度センサがＬＳＩにより形成されいると、この温度センサからのフィードバック信号を用いることにより、照射される赤外線のアライメントを正確に制御できるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ついで、本発明の光スイッチの一実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。なお、図１は導波路を形成する前の本発明の光スイッチを模式的に示す上面図である。図２は図１の光スイッチに赤外線を照射して導波路を形成する状態を模式的に示す断面図である。図３は赤外線を照射して導波路を形成された光スイッチを模式的に示す上面図である。図４は赤外線が照射されて温度上昇した状態を模式的に示す図３（ｂ）のＡ−Ａ断面の拡大断面図である。図５は温度上昇して屈折率が変化して導波路が形成された状態を模式的に示す図３（ｂ）のＡ−Ａ断面の拡大断面図である。図６は本発明の光スイッチの製造工程を模式的に示す断面図である。
【００１５】
１．光スイッチ
本実施の形態の光スイッチ１０は、図１に示すように、シリコン基板１１と、入射光の導波路となるコア層１２と、このコア層１２を被覆する下クラッド層１３とから構成される。下クラッド層１３は、屈折率（室温中）が１．５０（ｎ＝１．５０）のポリイミド（厚みは１０μｍ）により形成されている。なお、このシリコン基板１１には、後述するように、一対の温度センサからなる複数の温度センサ部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、図示しないパッド部および配線パターンが形成されている。
【００１６】
ここで、コア層１２は屈折率（室温中）が１．６０（ｎ＝１．６０）のフッ素化ポリイミド（厚みは１０μｍ）により形成されている。そして、このコア層１２の長さ方向の一端部に入射部１２ａが、他端部に出射部１２ｂがそれぞれ形成されている。そして、これらの入射部１２ａと出射部１２ｂの間にスラブ導波路１２ｃが形成されている。
【００１７】
入射部１２ａには、幅方向に並列して第１入射部１２ａ−１、第２入射部１２ａ−２、第３入射部１２ａ−３、第４入射部１２ａ−４、第５入射部１２ａ−５、第６入射部１２ａ−６、第７入射部１２ａ−７、第８入射部１２ａ−８からなる８つの導波路が形成されている。この場合、各入射部１２ａ−１〜１２ａ−８は、光の入射面からスラブ導波路１２ｃの境界部に向けてテーパー状に広がるように形成されており、入射面の幅が１０μｍで、スラブ導波路１２ｃの境界部での幅が５０μｍになるように形成されている。
【００１８】
また、出射部１２ｂには、幅方向に並列して第１出射部１２ｂ−１、第２出射部１２ｂ−２、第３出射部１２ｂ−３、第４出射部１２ｂ−４、第５出射部１２ｂ−５、第６出射部１２ｂ−６、第７出射部１２ｂ−７、第８出射部１２ｂ−８からなる８つの導波路が形成されている。この場合、各出射部１２ｂ−１〜１２ｂ−８は、スラブ導波路１２ｃの境界部から光の出射面に向けてテーパー状に狭まるように形成されており、スラブ導波路１２ｃの境界部での幅が５０μｍで、出射面の幅が１０μｍになるように形成されている。
【００１９】
そして、後述のように、各入射部１２ａ−１，１２ａ−２，１２ａ−３，１２ａ−４，１２ａ−５，１２ａ−６，１２ａ−７，１２ａ−８の入射面に入射された光が、各出射部１２ｂ−１，１２ｂ−２，１２ｂ−３，１２ｂ−４，１２ｂ−５，１２ｂ−６，１２ｂ−７，１２ｂ−８の何れか１つの出射面から出射されるようになされている。なお、この場合の入射部および出射部の個数は８個であるが、入射部および出射部の個数は８個には限られず、必要に応じた個数となるように設ければよい。
【００２０】
２．導波路の形成
ついで、赤外線照射装置２０を用いて、上述のような構成となる光スイッチ１０に導波路を形成する方法を以下に説明する。この赤外線照射装置２０は、図２に示すように、光スイッチ１０に赤外線を照射するレーザ照射装置２１と、このレーザ照射装置２１から照射された赤外線を予め設定された照射パターンに回動するようになされている凹面鏡２２と、この凹面鏡２２を予め設定された照射パターンに駆動する駆動制御回路２３とから構成される。そして、この駆動制御回路２３は基板１１に形成された温度センサ部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに配置された一対の温度センサからの差分出力に基づいて、照射光の照射位置を補正するようになされている。
【００２１】
レーザ照射装置２１は、凹面鏡２２を介して光スイッチ１０に赤外線を照射して、光スイッチ１０に温度分布を生じさせ、生じた温度分布に起因する屈折率分布によりスラブ導波路１２ｃに導波路を形成するために用いられる。この場合、用いられる赤外線レーザ光の波長は、照射される媒体が光を良く吸収する波長にするのが望ましい。なお、凹面鏡２２に向けて照射される赤外線レーザ光の光径が０．８ｍｍになるように設定されている。
【００２２】
凹面鏡２２はレーザ照射装置２１から照射された赤外線を光スイッチ１０に向けて反射させるために設けられている。この場合、この凹面鏡２２に図示しない駆動装置（ステップモータあるいはピエゾ素子など）が設けられている。そして、この駆動装置が駆動制御回路２３からの指令に基づいて駆動されることにより、凹面鏡２２は所定の方向に回動することとなる。これにより、光スイッチ１０のスラブ導波路１２ｃの所定の位置に赤外線が照射されるとともに、凹面鏡２２の回動に伴って所定のパターンの描画が繰り返してなされることとなる。なお、凹面鏡２２は光スイッチ１０の上部３０ｍｍの位置に配置されている。
【００２３】
駆動制御回路２３は凹面鏡２２に設けられた駆動装置を駆動、制御するために設けられており、予め設定された複数の描画パターンから選択された描画パターンになるように、凹面鏡２２に設けられた駆動装置を駆動、制御する。この場合、照射光が基板１１に形成された温度センサ部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを照射する毎に、温度センサ部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに配置された一対の温度センサからの差分出力に基づいて、駆動装置への制御指令を送出するようになされている。これにより、照射光の照射位置の補正が正確になされるようになる。
【００２４】
なお、各温度センサはバンドギャップリファレンス型の温度センサであって、基板１１上にＣＭＯＳプロセスにより形成されている。そして、各温度センサ部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄにそれぞれ一対ずつ形成されており、これらの一対の温度センサはそれぞれ５０μｍ角に形成されていて、互いに２００μｍ隔てて形成されている。
【００２５】
このため、例えば、これらの一対の温度センサの中間位置に赤外線が照射されると、これらの一対の温度センサからの差分出力は０となって、検出電圧が出力されないので、駆動制御回路２３は駆動装置へ補正制御指令を送出することはない。一方、これらの一対の温度センサの中間位置とは異なる位置に赤外線が照射されると、これらの一対の温度センサからの差分出力は＋あるいは−の値となって、差分出力に応じた検出電圧が出力されるので、駆動制御回路２３は駆動装置へ検出電圧に基づく補正制御指令を送出する。これにより、照射光の照射位置が正確に補正されるようになる。
【００２６】
ここで、レーザ照射装置２１から照射された赤外線レーザ光が光スイッチ１０に向けて照射された際に、図３（ｂ）に示すような導波路パターンとなるように、駆動制御回路２３から凹面鏡２２に設けられた駆動装置に駆動、制御指令を送出したとする。すると、赤外線レーザ光Ｌは凹面鏡２２で反射して光スイッチ１０のスラブ導波路１２ｃに向けて赤外線レーザ光Ｌが照射される。これにより、赤外線レーザ光Ｌは、図３（ａ）の矢印で示すように連続してスキャンされて、光スイッチ１０のスラブ導波路１２ｃ上に繰り返して照射される。
【００２７】
この場合、スラブ導波路１２ｃの最上部に形成された温度センサ部１１ａ，１１ｂに各巡目の最初に赤外線レーザ光Ｌが照射され、スラブ導波路１２ｃの最下部に形成された温度センサ部１１ｃ，１１ｄに各巡目の最後に赤外線レーザ光Ｌが照射されて、赤外線レーザ光Ｌの位置合わせがなされることとなる。このとき、スラブ導波路１２ｃ上のみに光が照射されるように、スラブ導波路１２ｃ以外の部分には遮光マスクが配置されている。
【００２８】
そして、屈折率が１．６のフッ素化ポリイミドは、屈折率が１．５のポリイミドよりも光吸収性が劣るため、スラブ導波路１２ｃよりも光吸収が良好な下地クラッド層１３の表面が赤外線レーザ光Ｌの焦点となるように照射される。これにより、図４に示すように、赤外線レーザ光Ｌの焦点となるＬ１部での温度が高くなり、ついで、この周囲のＬ２部、Ｌ３部、Ｌ４部になるに伴って温度が低下することとなる。この結果、図３（ａ）の太い実線で示す部分の温度が高くなり温度分布が生じることとなる。
【００２９】
そして、フッ素化ポリイミドおよびポリイミドの屈折率の温度変化は−２．０×１０−４（１／℃）であるので、温度上昇するに伴って屈折率が低下することとなるので、図５に示すような屈折率分布が生じることとなる。即ち、スラブ導波路１２ｃ内で温度が高いＬ１部での屈折率の低下が大きく、ついで、それより温度が低いＬ２部、Ｌ３部、Ｌ４部の順で屈折率が低下することとなる。この結果、コア層１２の入射部１２ａ−４に入射した光は屈折率が低い部分で全反射されるため、屈折率が低い部分が側壁となる導波路Ｘ４がスラブ導波路１２ｃ内に形成され、コア層１２の出射部１２ｂ−５より出射されることとなる。
【００３０】
この結果、例えば図３（ａ）の矢印で示すように、赤外線レーザ光Ｌがスラブ導波路１２ｃ上に連続して繰り返して照射される場合は、図３（ｂ）に示すように導波路Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８が形成されることとなる。これにより、入射部１２ａ−１に入射した光は導波路Ｘ１を透過して出射部１２ｂ−４より出射され、入射部１２ａ−２に入射した光は導波路Ｘ２を透過して出射部１２ｂ−１より出射され、入射部１２ａ−３に入射した光は導波路Ｘ３を透過して出射部１２ｂ−２より出射される。
【００３１】
また、入射部１２ａ−４に入射した光は導波路Ｘ４を透過して出射部１２ｂ−５より出射され、入射部１２ａ−５に入射した光は導波路Ｘ５を透過して出射部１２ｂ−３より出射され、入射部１２ａ−６に入射した光は導波路Ｘ６を透過して出射部１２ｂ−６より出射され、入射部１２ａ−７に入射した光は導波路Ｘ７を透過して出射部１２ｂ−７より出射され、入射部１２ａ−８に入射した光は導波路Ｘ８を透過して出射部１２ｂ−８より出射されることとなる。
【００３２】
３．光スイッチの作製
上述のような構成となる光スイッチ１０の作製方法を、図６に基づいて以下に詳細に説明する。まず、予め、５０μｍ角のバンドギップリファレンス型温度センサが上下方向に２００μｍ隔てて配置される一対の温度センサ（図示せず）と、これらの一対の温度センサの出力の差分を出力する差分回路（図示せず）とからなる温度センサ部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ（図１，３参照）と、これらの各温度センサ部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと駆動制御回路２３とを接続するためのパッド部（図示せず）とが、ＣＭＯＳプロセスにより形成された基板１１を、図６（ａ）に示すように用意する。
【００３３】
ついで、図６（ｂ）に示すように、これらの上にポリイミド（ｎ＝１．５０）を厚みが５μｍになるように塗布した後、窒素ガスの雰囲気で３５０℃で９０分間ベークして、ポリイミド層（下地クラッド層）１３を形成した。この後、この上にフッ素化ポリイミド（ｎ＝１．６０）を厚みが１０μｍになるように塗布した。この後、窒素ガスの雰囲気で３５０℃で９０分間ベークして、図６（ｃ）に示すように、フッ素化ポリイミド層（コア層）１２を形成した。ついで、これらの上にレジスト（図示せず）を塗布した後、ステッパによりパターンニングした後、エッチングしてコア層１２に複数の入射部１２ａ−１〜１２ａ−８とスラブ導波路１２ｃと出射部１２ｂ−１〜１２ｂ−８を形成するとともに、パッド部に貫通する孔（図示せず）を形成した。
【００３４】
これにより、図６（ｄ）に示すように、このコア層１２の一端部には、幅方向に並列に入射部１２ａ−１，１２ａ−２，１２ａ−３，１２ａ−４，１２ａ−５，１２ａ−６，１２ａ−７，１２ａ−８が形成されることとなる。また、コア層１２の他端部には、図１に示すように、幅方向に並列に出射部１２ｂ−１，１２ｂ−２，１２ｂ−３，１２ｂ−４，１２ｂ−５，１２ｂ−６，１２ｂ−７，１２ｂ−８が形成され、かつ中央部にはスラブ導波路１２ｃが形成されることとなる。
【００３５】
４．変形例
上述した例においては、コア層１２および下地クラッド層１３を形成する材料としてフッ素化ポリイミドおよびポリイミドからなる有機膜を使用する例について説明した。しかしながら、本発明の光スイッチにおいては有機膜に限らず、無機膜を使用することができる。以下に、無機膜を用いた光スイッチの変形例を図７に基づいて説明する。この場合、下地クラッド層として膜厚が５μｍのＳｉＯ２（屈折率ｎ＝１．４５）膜を用い、コア層として膜厚が１０μｍのＳｉ３Ｎ４（屈折率ｎ＝１．６）膜を用いるようにすればよい。
【００３６】
そして、このような無機膜を用いた光スイッチ１０ａを作製する場合、まず、シリコン基板１１の上にプラズマＣＶＤ（ケミカル・ベーパー・デポジション）法により、５μｍ厚のＳｉＯ２層１５を堆積させた後、１０μｍ厚のＳｉ３Ｎ４層１４を順次堆積させた。この後、これらの上にレジスト（図示せず）を塗布した後、ステッパによりパターンニングした後、エッチングしてコア層１４に複数の入射部１４ａ−１〜１４ａ−８とスラブ導波路１４ｃと出射部１４ｂ−１〜１４ｂ−８を形成するとともに、パッド部に貫通する孔（図示せず）を形成することにより作製することが可能となる。
【００３７】
この場合、コア層１４となるＳｉ３Ｎ４の屈折率の温度変化は２×１０−５（１／℃）で、下クラッド層１５となるＳｉＯ２の屈折率の温度変化は１×１０−５（１／℃）である。そして、無機膜においては上述した有機膜とは逆で、温度上昇するに伴って屈折率が上昇する性質を有するので、温度変化が大きいＳｉ３Ｎ４に焦点が合うように赤外線レーザ光を照射するようにすればよい。これにより、赤外線レーザ光が照射された部分のスラブ導波路１４ｃの屈折率が上昇して、図７のＹ１〜Ｙ８で示すような導波路が形成されることとなる。
【００３８】
なお、この変形例においては、コア層１４となるＳｉ３Ｎ４は可視光から赤外光までの波長範囲において、透明で、光吸収が少ないこととなる。このため、コア層１４の上に、図示しないＳｉＯ２（屈折率ｎ＝１．４５）からなる上部クラッド層を設ける必要がある。さらに、その上に光吸収性媒質（例えば、ポリイミド、色素ポリマーなど）からなる光吸収層を設けるのが望ましい。これにより、コア層１４よりも光吸収層の方が屈折率が高くなっても、上部クラッド層により光が上部に漏れるのが防止できるようになる。
【００３９】
５．光損失の測定
ここで、上述のように構成される光スイッチ１０（あるいは変形例の光スイッチ１０ａ）において、各入射部１２ａ−１〜１２ａ−８（１４ａ−１〜１４ａ−８）に入射した光が、各導波路Ｘ１〜Ｘ８（Ｙ１〜Ｙ８）を透過して各出射部１２ｂ−１〜１２ｂ−８（１２ｂ−１〜１２ｂ−８）から出射されるときに、どの程度の光の損失が生じたかを測定すると、下記の表１に示すような結果となった。また、比較のために、図８に示される従来例の光スイッチを８×８段のマトリックス構成にしたものにおいては、各段においての光の損失は７ｄＢで、８段の全てで５６ｄＢ（８×７ｄＢ＝５６ｄＢ）の損失であることが分かった。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
上記表１の結果から明らかなように、本発明の光スイッチ１０および１０ａにおいては、光がクロス部分でロスするため、導波路Ｘ１〜Ｘ５（Ｙ１〜Ｙ５）のようにクロスする回数が多くなるほどロスが大きくなるが、導波路Ｘ６〜Ｘ８（Ｙ６〜Ｙ８）においては、ロスが０．５ｄＢと小さく、全体でも２８．０（２５．６）ｄＢと小さくなっていることが分かる。これは、本発明においては、導波路を多段に構成しなくてもＮ入力でＮ出力の光スイッチを構成することができるため、導波路長が短く、かつ導波路幅も大きく形成できるからである。
【００４２】
なお、コア層およびクラッド層として有機膜（フッ素化ポリイミドおよびポリイミド）を用いた光スイッチ１０よりも、コア層およびクラッド層として透明度が高い無機膜（Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＯ２）を用いた光スイッチ１０ａの方がロスが少なくなることが分かる。このことから、光の損失（ロス）が少ない光スイッチを得ようとした場合は、透明度が高い無機膜（Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＯ２）を用いてコア層やクラッド層を形成するのが望ましい。しかしながら、上クラッド層や光吸収層を設ける必要があるため、製造工程が増大するという問題を生じる。したがって、コア層およびクラッド層として有機膜を用いるか、あるいは無機膜を用いるかは、用途等を考慮して適宜選択すべきである。
【００４３】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明においては、基板１１上に下地クラッド層１３（１５）と、この下地クラッド層１３（１５）上にこれよりも屈折率が高いコア層１２（１４）とを備え、コア層１２（１４）の一端部に複数の入射部１２ａ−１〜１２ａ−８（１４ａ−１〜１４ａ−８）と、他端部に複数の出射部１２ｂ−１〜１２ｂ−８（１４ｂ−１〜１４ｂ−８）を備えている。また、複数の入射部１２ａ（１４ａ）と複数の出射部１２ｂ（１４ｂ）との間にスラブ導波路１２ｃを備えている。そして、このスラブ導波路１２ｃに赤外線が所定の導波路パターンとなるように照射されることにより、このスラブ導波路１２ｃに温度分布が描画されるようにしている。
【００４４】
これにより、温度上昇したコア層の屈折率は低下（あるいは上昇）して、屈折率分布が描画されることとなる。そして、入射した光は屈折率が低い部分で全反射されるため、屈折率が低い部分が側壁となる所定のパターンの導波路が形成される。この状態から、今度は、上記とは異なる別の導波路パターンとなるように赤外線が照射されると、別のパターンの導波路が形成される。これにより、入射部に入射した光の光路が切り替えられて、光スイッチとして機能することとなる。
【００４５】
上述した実施形態および変形例においては、赤外線レーザ光を回動する凹面鏡に照射し、この反射光をスラブ導波路１２ｃ（１４ｃ）に照射して、スラブ導波路１２ｃ（１４ｃ）に所定の導波路パターンを形成する例について説明したが、これに限らず、例えば、スラブ導波路１２ｃ（１４ｃ）に所定の導波路パターンが形成されたマスクを配置し、これに赤外線レーザ光を照射するようにしても良い。また、上述した実施形態および変形例においては、赤外線レーザ光を照射する例について説明したが、赤外線レーザ光に限らず、例えば、短波長のレーザ光を用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】導波路を形成する前の本発明の光スイッチを模式的に示す上面図である。
【図２】図１の光スイッチにレーザ光からなる赤外線を照射して導波路を形成する状態を模式的に示す断面図である。
【図３】赤外線を照射して導波路を形成した光スイッチを模式的に示す上面図である。
【図４】赤外線が照射されて温度上昇した状態を模式的に示す図３（ｂ）のＡ−Ａ断面の拡大断面図である。
【図５】温度上昇して屈折率が変化して導波路が形成された状態を模式的に示す図３（ｂ）のＡ−Ａ断面の拡大断面図である。
【図６】本発明の光スイッチの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の光スイッチの変形例を模式的に示す上面図である。
【図８】従来例の光スイッチを示す図である。
【符号の説明】
１０…光スイッチ、１１…シリコン基板、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…温度センサ部、１２…コア層、１２ａ…入射部、１２ｂ…出射部、１２ｃ…スラブ導波路、１３…下地クラッド層、１４…コア層、１４ａ…入射部、１４ｂ…出射部、１４ｃ…スラブ導波路、１５…下地クラッド層、２０…赤外線照射装置、２１…レーザ照射装置、２２…凹面鏡、２３…駆動制御回路、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８…導波路、Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５，Ｙ６，Ｙ７，Ｙ８…導波路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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