(57)【要約】【課題】スイッチング動作がより確実かつ高速で、構成が簡単で製造が容易な光スイッチを提供する。【解決手段】下部基板１１に設けられたＶ溝１２に可動光ファイバ１６と固定光ファイバ２６が固定され、下部基板１１には電磁石１８と凹部２４を有する上部基板２１が固定されている。可動光ファイバ１６の可動部分には、コイルパターン２を有するコイル基板１が取り付けられており、コイルパターン２は、導線５および配線膜３を介して電流供給手段４に接続されている。コイルパターン２は、電流が流れることにより電磁石として作用し、電磁石１８との間の磁気吸引力または反発力により、コイル基板１が取り付けられた可動光ファイバ１７の可動部分が変位してスイッチングが行われる。【選択図】　　　図１
2004086015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光スイッチの基体に固定されている固定部分と、変位してスイッチング動作を行う可動部分とを有する光ファイバと、
前記光ファイバの前記可動部分に及ぼす磁場を発生する磁場発生手段と、
前記光ファイバの前記可動部分に設けられており、前記磁場発生手段からの磁場の向きに直交する方向に電流が流される導電部とを有する光スイッチ。
【請求項２】
前記導電部は、前記光ファイバに取り付けられたコイル基板に形成されているコイルパターンである、請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記導電部は、前記光ファイバの外表面に直接形成された導電被膜である、請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記磁場発生手段は電磁石である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記磁場発生手段は永久磁石である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項６】
光スイッチの基体に固定されている固定部分と、変位してスイッチング動作を行う可動部分とを有する可動光ファイバと、
前記可動光ファイバの前記可動部分に設けられており、前記可動光ファイバの長手方向に沿う電流が流される導電部と、
前記可動光ファイバの前記可動部分の周囲の四方にそれぞれ配置されている４つの電磁石と、
前記４つの電磁石のうち、垂直方向に対向する２つの電磁石と、水平方向に対向する２つの電磁石のいずれか一方を選択的に駆動する駆動手段と、
前記可動光ファイバの前記可動部分の先端と対向可能な先端をそれぞれ有し、実質的に四角形の４つの頂点となる位置にそれぞれ配置されている４本の固定光ファイバとを有する光スイッチ。
【請求項７】
光スイッチの基体に固定されている固定部分と、変位してスイッチング動作を行う可動部分とを有する光ファイバと、
前記光ファイバを保持し前記基体に固定されている板ばねと、
前記板ばねと前記光ファイバの前記可動部分に及ぼす磁場を発生させる磁場発生手段と、
前記板ばねに設けられており、前記磁場発生手段からの磁場の向きに直交する方向に電流が流される導電部とを有する光スイッチ。
【請求項８】
前記磁場発生手段は電磁石である、請求項７に記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記磁場発生手段は永久磁石である、請求項７に記載の光スイッチ。
【請求項１０】
磁場発生手段によって光ファイバの可動部分に磁場を及ぼすとともに、前記光ファイバの前記可動部分に設けられている導電部に、前記磁場発生手段からの磁場の向きに直交する方向に電流を流すことにより、前記光ファイバの可動部分に力を生じさせて前記可動部分を変位させる工程を含む、光スイッチのスイッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ伝送路などの光路の切り換えを行う光通信用の光スイッチとそのスイッチング方法に関し、特に、光ファイバの駆動機構の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信分野などにおいて様々な光学デバイスが使用されており、例えば、光ファイバ伝送路の光路の切り換えや遮断を行う光スイッチとして、光ファイバを直接駆動して光路を切り替える構造のメカニカル光スイッチが多く用いられている。このメカニカル光スイッチは、構造が簡単であり、低挿入損失、小型化、低駆動電力が得られると言う特徴を有しているため、これまでに多くの構造が提案されている。図２０にその一例を示す。
【０００３】
図２０に示すメカニカル光スイッチは１×２型のスイッチであり、１本の可動光ファイバ１０９と、中空ソレノイドコイル１１０と、１対の永久磁石１１１ａ，１１１ｂと、２本の固定光ファイバ（半割円柱１０３内に隠れて見えない）と、円筒スリーブ１１２とを有している。円筒スリーブ１１２は、円筒管１０７および半割円柱１０３を整列保持し、かつ中空ソレノイドコイル１１０および永久磁石１１１ａ，１１１ｂが固定されている。可動光ファイバ１０９は、基部が円筒管１０７に片持ち梁状に固定されていて、その先端近傍表面に、所望の磁気特性を有するパイプ状の磁性体１０８が固着されている。中空ソレノイドコイル１１０は、流れる電流の向きを変えることにより、磁性体１０８両端の磁極を反転させるものである。１対の永久磁石１１１ａ，１１１ｂは、磁性体１０８に対して光軸と垂直方向に磁気吸引力を付与するものである。固定光ファイバは、半割円柱１０３の平坦部に形成されたＶ溝１０５内に固定されている。
【０００４】
このような構造のメカニカル光スイッチの動作は以下に示す通りである。可動光ファイバ１０９は、磁性体１０８の両端部の磁極に応じて、１対の永久磁石のいずれか一方（例えば１１１ａ）に磁気的に吸引され、その先端は、半割円柱１０３の平坦部に形成されたＶ溝１０５内において２本の固定光ファイバのいずれか一方と光結合する。そして、中空ソレノイドコイル１１０に通電して磁性体１０８に光軸に沿った磁界を印加することにより、磁性体１０８両端の磁極を反転させると、可動光ファイバ１０９は他方の永久磁石（例えば１１１ｂ）側に吸引されて他方の固定光ファイバに光結合する。電流を供給しない状態においても、磁性体１０８は永久磁石１１１ａまたは１１１ｂに磁気的に吸引されているため、一方の固定光ファイバとの結合状態を保つことができ、自己保持型のスイッチング動作を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図２０に示す従来例では、半割円柱１０３や円筒スリーブ１１２などの主要な構成部品に、極めて高い加工精度および組立精度が要求される。そのため、部品費用が高く、組立には長い時間を要し、製造コストが高くなる。
【０００６】
図２０に示す例に限らず、従来のメカニカル光スイッチは、構造が比較的簡単であるものの、高精度の構成部品を必要とする。また、構成部品が高精度であっても、加工公差や組立誤差があるため、高性能の光学特性を得るためには、組立時の調整に時間がかかるという問題がある。そのため、大量生産には適さず低コスト化は困難であるという問題がある。
【０００７】
また、近年の光ファイバを用いた光通信においては、時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送ばかりでなく、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送を用いて、より大量の情報を伝達することが可能になっている。それに伴って、光信号を解析し、伝達された大量の情報を処理するために、光スイッチや光源や波長可変減衰器などの多数の様々な光学デバイスが複合されて用いられる。したがって、光通信システム全体をあまり大型化させないためには、光スイッチ等の個々の光学デバイスをできる限り小型化することが必要であり、光通信の多チャンネル化が進めば進むほど、さらに一層の小型化が望まれる。
【０００８】
そこで、従来、半導体製造などで多用されている、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）技術、すなわち、シリコン基板に対して露光およびエッチングなどを施すフォトリソグラフィ法で加工を行う技術を利用して、前記した従来例と同様な作動を行うメカニカル光スイッチを製造することが考えられる。図示しないが、この場合、シリコン基板を光スイッチの基体として、これにフォトリソグラフィ法により保持溝を形成し、この保持溝内に、可動光ファイバの少なくとも一部と固定光ファイバの少なくとも一部を、接着剤等により固定する構成である。ＭＥＭＳ技術は、高精度かつ微細な加工を行える技術として確立されており、小型の光学デバイスを低コストで大量生産することが可能になる。
【０００９】
通常、このような構成のメカニカル光スイッチでは、磁力を利用して可動光ファイバを変位させるのに加えて、板ばねを用いて光ファイバを付勢して、スイッチングの確実性と速度の向上が図られる。具体的には、磁性片と板ばねとを接合したものや、板ばね自体を磁性片から形成したもので光ファイバを保持し、確実かつ高速なスイッチング動作を可能にしている。しかし、複雑な形状の板ばねを形成する必要があり、また、この板ばねのばね力がスイッチング動作を大きく左右するため、所望の板ばねは所定のばね係数になるように正確に形成しなければならないため、製造が面倒であり製造コストが高くなる。また、板ばねを基板に固定するために、光ファイバの配置および可動方向に制約が生じる。
【００１０】
そこで本発明の目的は、スイッチング動作がより確実かつ高速で、構成が簡単で製造が容易な光スイッチおよびそのスイッチング方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光スイッチは、光スイッチの基体に固定されている固定部分と、変位してスイッチング動作を行う可動部分とを有する光ファイバと、光ファイバの可動部分に及ぼす磁場を発生する磁場発生手段と、光ファイバの可動部分に設けられており、磁場発生手段からの磁場の向きに直交する方向に電流が流される導電部とを有することを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、導電部に流す電流の方向を変えることにより容易にスイッチングが行える。磁場発生手段は電磁石であっても永久磁石であってもよいが、磁場発生手段として電磁石を用いる場合には、電磁石に供給する電流の方向を変えることによっても、容易にスイッチングが行える。また、従来用いられていた複雑な形状で所望のばね係数を正確に有する板ばねが、必ずしも必要でないため、製造が簡単で製造コストが低くなる。そして、この光スイッチは、比較的単純な構造で組立時の調整が容易であり、また、板ばねのばね力等に左右されることなく、供給する電流を調整することによりスイッチング特性の微調整が可能であり、高性能な光スイッチを低コストで供給できる。
【００１３】
導電部は、光ファイバに取り付けられたコイル基板に形成されているコイルパターンであってもよい。
【００１４】
導電部は、光ファイバの外表面に直接形成された導電被膜であってもよい。この構成によると、コイル基板が必要ないために構成がさらに簡単になり、光ファイバの導電被膜への電気的接続が簡単である。また、磁場発生手段を基体の上下ではなく水平な位置に配置可能なので、光スイッチの薄型化が可能になる。
【００１５】
本発明の他の光スイッチは、光スイッチの基体に固定されている固定部分と、変位してスイッチング動作を行う可動部分とを有する可動光ファイバと、可動光ファイバの可動部分に設けられており、可動光ファイバの長手方向に沿う電流が流される導電部と、可動光ファイバの可動部分の周囲に配置されている４つの電磁石と、４つの電磁石のうち、垂直方向に対向する２つの電磁石と、水平方向に対向する２つの電磁石のいずれか一方を選択的に駆動する駆動手段と、可動光ファイバの可動部分の先端と対向可能な先端をそれぞれ有し、実質的に四角形の４つの頂点となる位置にそれぞれ配置されている４本の固定光ファイバとを有することを特徴とする。
【００１６】
この構成では、従来のように板ばねを必要とせず、可動光ファイバの変位方向に制約がないため、従来にない全く新しい１×４光スイッチが構成できる。
【００１７】
本発明のさらに他の光スイッチは、光スイッチの基体に固定されている固定部分と、変位してスイッチング動作を行う可動部分とを有する光ファイバと、光ファイバを保持し基体に固定されている板ばねと、板ばねと光ファイバの可動部分に及ぼす磁場を発生する磁場発生手段と、板ばねに設けられており、磁場発生手段からの磁場の向きに直交する方向に電流が流される導電部とを有することを特徴とする。
【００１８】
この構成では、磁力に加え、光ファイバの剛性と板ばねのばね力も作用して高速かつ確実なスイッチング動作が行える。磁場発生手段は電磁石であっても永久磁石であってもよい。
【００１９】
本発明の光スイッチのスイッチング方法は、磁場発生手段によって光ファイバの可動部分に磁場を及ぼすとともに、光ファイバの可動部分に設けられている導電部に、磁場発生手段からの磁場の向きに直交する方向に電流を流すことにより、光ファイバの可動部分に力を生じさせて可動部分を変位させる工程を含むことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
まず、本発明の第１の実施形態の光スイッチ全体の基本構成について説明する。図１は、本実施形態の光スイッチの主要部の分解斜視図であり、図２は上部基板を外した状態の模式的平面図である。また、図３はその第１の状態のＡ−Ａ’線断面図、図４は第２の状態のＡ−Ａ’線断面図である。図５は図２中のＢ−Ｂ’線断面図、図６は図２中のＣ−Ｃ’線断面図である。図７〜９は本実施形態の変形例を示す図である。なお、これらの図においては、見易くするために、一部の寸法の縮尺を変えて図示している。
【００２２】
本実施形態の光スイッチは、１つの入力側裸光ファイバ（可動光ファイバ１７）が基板（下部基板）１１に対して垂直方向に移動することにより、出力側裸光ファイバ（固定光ファイバ１６）への光路のオン・オフ切り換えを行うことができる１×１光スイッチである。この光スイッチの基体は、下部基板（シリコン基板）１１と上部基板（もう１つのシリコン基板）２１から構成されており、下部基板１１にはＶ溝（保持溝）１２と流れ防止溝２０が、上部基板２１には凹部２４が形成されている。下部基板１１に形成されたＶ溝（保持溝）１２には、根元部（固定部分）が固定されていて、先端部（可動部分）が下部基板１１に対して垂直方向に移動可能な片持ち梁状の可動光ファイバ１７と、可動光ファイバ１７と端面同士が近接して対向する固定光ファイバ１６が固定されている。各光ファイバ１６，１７のＶ溝１２内への固定は接着剤によって行われ、それぞれの接着部分１９の近傍には、流れ防止溝２０が設けられている。なお、通常の光ファイバは心線の周りが樹脂コートされているが、ここでは、先端から所望の長さだけ樹脂コートを剥離して裸にした光ファイバ１６，１７を使用し、その裸にされた部分をＶ溝１２内に挿入している。
【００２３】
可動光ファイバ１７の可動部分には、厚さが１００〜２００μｍ程度のシリコンなどからなる薄板状のコイル基板１が固着されており、コイル基板１の上面には金属薄膜からなるコイルパターン２が形成されている。そして、図２に概略的に示すように、このコイルパターン２から、可動光ファイバ１７の外表面に形成された導電性を有する電流供給用配線膜３に接続され、さらにこの配線膜３が電流供給手段４に接続されている。具体的には、可動光ファイバ１７の外表面に、互いに接触しない１対の配線膜３が形成されており、この配線膜３が導線５により電流供給手段４にそれぞれ接続されるとともに、コイルパターン２の一端部が導線５により一方の配線膜３と接続され、他端部から、コイル基板１を貫通するスルーホールとコイル基板１の裏面側パターンとを介して導通する接続端子が、導線５により他方の配線膜３と接続されている。この構成において、電流供給手段４から配線膜３を介してコイルパターン２に電流が供給されると、このコイルパターン２は電磁石として作用する。なお、配線膜３は導電性薄膜であり、スパッタ、蒸着、メッキなどにより成膜された後にエッチングによりパターニングされるか、マスキングした上で成膜し、マスクを除去することにより形成される。図面には模式的に示している導線５は、はんだ付け、融着、半導体工程において用いられるワイヤボンディングなどにより接続される。
【００２４】
一方、上部基板２１の、凹部２４および第２のＶ溝２２と反対側の面には、磁場発生手段として電磁石１８が配置されている。電磁石１８が鉄心とコイルで形成されている場合、コイルに電流を流すことにより、可動光ファイバ１７のコイル基板１の周辺に磁場を発生させ、下部基板１１に対して垂直な方向の磁力を与えることができる。
【００２５】
従って、電磁石１８とコイルパターン２とが、それぞれ生じた磁力により互いに吸引し合う場合には、可動光ファイバ１７の先端部（可動部分）は、コイル基板１に引っ張られて、図３に示す初期状態から、図４に示すように上部基板２１に向かって移動し、図５に破線で示すように、可動光ファイバ１７の先端部は、上部基板２１側に押し上げられる。このとき、凹部２４内に保持されている可動光ファイバ１７と、図６に示すようにＶ溝１２に保持されている固定光ファイバ１６は、端面同士が近接しないため、両者間で光結合は行われない。
【００２６】
これに対し、電磁石１８とコイルパターン２とが、それぞれ生じた磁力により互いに反発し合う場合には、可動光ファイバ１７の先端部（可動部分）は、図３，５に示すように下部基板１１のＶ溝１２内に押し付けられる。Ｖ溝１２には、固定光ファイバ１６が可動光ファイバ１７と端面同士が近接するように配置されているため、可動光ファイバ１７がＶ溝１２内に保持されると、同一のＶ溝１２内で端面が近接する固定光ファイバ１６との間で、挿入損失の低い光結合が行われる。
【００２７】
可動光ファイバ１７の先端部が上部基板２１の凹部２４内に保持された状態から、電磁石１８またはコイルパターン２への電流供給を停止するだけでも、可動光ファイバ１７が剛性によって図３に示す初期状態に戻って、固定光ファイバ１６との光結合が行われるが、電磁石１８またはコイルパターン２に流す電流の方向を変えて電磁石１８とコイルパターン２の反発力を発生させることにより、可動光ファイバ１７の初期状態への復帰動作、すなわちスイッチング動作を高速化し信頼性を高めることができる。
【００２８】
なお、図５に示す断面図では、可動光ファイバ１７が固定光ファイバ１６と光結合している状態を実線で示し、光結合していない状態を破線で示している。
【００２９】
このような構成の光スイッチによると、電磁石１８のコイルに流す電流の方向またはコイルパターン２に流す電流の方向を変えることにより、可動光ファイバ１７をＶ溝１２内または凹部２４内に選択的に位置させて、固定光ファイバ１６との光結合のオン・オフの切り換えが可能である。この構成によると、従来のように板ばねで付勢する必要がないため、構成が簡単であるとともに、板ばねの固定位置および可動方向に応じて可動光ファイバ１７の配置および固定位置が制限されることがないため、可動光ファイバ１７が比較的自由に配置できる。そして、複雑な形状で所望のばね係数を正確に有する板ばねを精度よく製造するという煩雑な作業がなくなるので、製造が簡単で製造コストが低くなる。この光スイッチは、比較的単純な構造であるため組立時の調整が容易であり、また、板ばねのばね力に左右されることなく、供給する電流を調整することによりスイッチング特性の微調整が可能であり、高性能な光スイッチを低コストで供給できる。そして、光スイッチの基体である上部基板２１や下部基板１１は、シリコンウェハやガラスウェハから量産性良く製造できる。
【００３０】
ここで、本実施形態の光スイッチの製造方法について簡単に説明する。
【００３１】
上部基板２１および下部基板１１としては、結晶方位が存在する単結晶シリコンやガラスを用いる。単結晶シリコンを使用する場合、結晶方位によってエッチングレートの異方性のあるエッチング液に浸してエッチングを進行させることにより、容易に高精度なＶ溝１２が加工できる。例えば（１００）方位の単結晶シリコンウェハを使用するときには、（１１１）あるいは（１１０）の側面を有するＶ溝１２が作製できる。これらの面はウェハ表面の（１００）面に対し、一定の角度を有しており、高精度にエッチングマスクを加工できるフォトリソグラフィ技術と併用することにより、高精度なＶ溝加工が実現できる。そして、上部基板２１と下部基板１１とが、凹部内に配置される位置決めころ１５によって位置合わせされて、接着剤により互いに接合される。
【００３２】
本実施形態においては、Ｖ溝１２内への可動光ファイバ１７および固定光ファイバ１６の固定と、下部基板１１と上部基板２１との接合は、すべて接着剤（例えば紫外線硬化型接着剤や、紫外線硬化型接着剤と熱硬化型接着剤の併用）によって行われ、それぞれ接着部分１９が存在する。この接着部分１９の近傍に流れ防止溝２０が設けられている。光ファイバ１６，１７を固定して、両基板１１，２１を接合した後、上部基板２１の上面の所定の位置に電磁石１８を固定する。
【００３３】
本実施形態の変形例として、固定光ファイバ１６を、上部基板２１に形成された第２のＶ溝内に固定した構成にすることもできる。その場合、初期状態では、可動光ファイバ１７と固定光ファイバ１６が光結合せず、電磁石１８とコイルパターン２の間に磁気吸引力を生じさせることによって、可動光ファイバ１７と固定光ファイバ１６が光結合する。
【００３４】
本実施形態において、上部基板２１上に、電磁石１８に代えて永久磁石を配置する構成にすることもできる。その場合、スイッチング動作は、可動光ファイバ１７に固定されたコイル基板１のコイルパターン２に流す電流の向きを変えることによって行われる。
【００３５】
また、本実施形態において、上部基板１１と下部基板２１の両方に磁場発生手段をそれぞれ配置することもできる。その場合、磁場発生手段が電磁石であるか永久磁石であるかにかかわらず、２つの磁場発生手段がコイルパターン２に対していずれも同じ方向の磁場を発生するように設定される。すなわち、コイルパターンを間に挟んで、一方の磁場発生手段が反発力を発生すると他方の磁場発生手段が吸引力を発生するように駆動される。また、１個のＵ字型の磁場発生手段を用い、両極部が可動光ファイバ１７を間に挟んで対向するように配置してもよい。
【００３６】
図７に要部を示す本実施形態の変形例では、コイル基板１上のコイルパターン２を、電流供給用配線膜３に接続する構成が異なっている。すなわち、コイル基板１の裏面に、上面のコイルパターン２に接続されている１対のコンタクト電極６ａ，６ｂが設けられている。具体的には、コイルパターン２の一端部からスルーホールを介して接続されている第１のコンタクト電極６ａと、コイルパターン２の他端部からスルーホールおよび裏面側パターンを介して接続されている第２のコンタクト電極６ｂが設けられている。そして、可動光ファイバ１７の外表面に設けられている、互いに接触しない１対の配線膜３が、導線５により電流供給手段４にそれぞれ接続されるとともに、第１および第２のコンタクト電極６ａ，６ｂにそれぞれ接続されている。これによると、可動光ファイバ１７に対してコイル基板１を位置合わせして固着するだけで電気的接続が行え、コイルパターン２と配線膜３の接続構造が簡単になる。コイル基板１は、可動光ファイバ１７に対して接着剤により接着してもよいが、コンタクト電極６ａ，６ｂをはんだなどの低融点金属により形成し、加熱融着によって可動光ファイバ１７に固着してもよい。
【００３７】
なお、本実施形態のコイル基板１は、シリコン、ガラス、合成樹脂等から形成される。そして、コイルパターン２には、前記したように両面パターンとスルーホールにより電気接続用の構成を設けているが、金属／絶縁膜／金属の３層構造によってコイルパターン２と電気接続用の構成とを設けることもできる。コイルパターン２等の形成方法は、半導体製造プロセスを応用したフォトリソグラフィ法であっても、メッキであってもよい。
【００３８】
図１，２に示す例では、複数回巻いている渦巻状の長いコイルパターン２が形成されているが、図８に概略を示すように略矩形状に１回巻いているだけのコイルパターン２であっても、図９に概略を示すように略環状に１回巻いているだけのコイルパターン２であってもよい。これによると、コイル基板１にスルーホールや裏面側パターンを形成する必要がなくなって構成が簡単になり、可動光ファイバ１７の配線膜との接続機構が簡単になる。なお、図９に示す構成の場合、略環状のコイルパターン２の中心軸上の磁場Ｈは、真空中の誘電率をμ０、コイルパターンの半径をｒ、コイル基板表面からの距離をｘとすると、Ｈ＝μ０ｒ２Ｉ／｛２（ｘ２＋ｒ２）１．５｝である。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施形態について図１０〜１２を参照して説明する。第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付与し説明を省略する。
【００４０】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に下部基板１１にＶ溝（第１のＶ溝）１２と流れ防止溝２０が設けられ、上部基板２１に凹部２４と流れ防止溝２０と第２のＶ溝２２が設けられている。そして、図１０，１１に示すように、下部基板１１の第１のＶ溝１２内に固定光ファイバ１６が固定され、上部基板２１の第２のＶ溝２２内にもう１つの固定光ファイバ２６が固定されて、１×２光スイッチが構成されている。図１０に示すように、可動光ファイバ１７は、初期状態において両固定光ファイバ１６，２６の中間位置に来るように配置されている。そのために、第１のＶ溝１２は、可動光ファイバ１７の固定部分を保持する位置が浅く形成されている。この構成によると、光スイッチの非駆動時（初期状態）には、可動光ファイバ１７の先端面は固定光ファイバ１６，２６のいずれの端面とも対向せず光結合しておらず、中立の位置にある。そして、電磁石１８およびコイルパターン２に電流を供給することにより、図１２に示すように、可動光ファイバ１７が固定光ファイバ１６，２６のいずれかと選択的に対向して光結合する。電磁石１８またはコイルパターン２に供給される電流の向きが変わると、可動光ファイバ１７が光結合する固定光ファイバが交代する。
【００４１】
ただし、光スイッチの非駆動時（初期状態）に、可動光ファイバ１７の先端面は固定光ファイバ１６，２６のいずれかの端面と対向して光結合するように構成されていてもよい。
【００４２】
また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、電磁石１８に代えて永久磁石を用いたり、可動光ファイバ１７を挟んで１対の電磁石または永久磁石を配置する構成にしたり、Ｕ字型の電磁石または永久磁石を用いたり、図７に示すような電気的接続構成を採用したり、図８または図９に示すような形状のコイルパターン２を形成するなどの様々な変更例が可能である。
【００４３】
次に、本発明の第３の実施形態について図１３〜１４を参照して説明する。第１，２の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付与し説明を省略する。
【００４４】
本実施形態では、上部基板２１を省略した状態の平面図である図１３に示すように、可動光ファイバ１７の外表面に直接導電被膜７が形成されており、導線５を介して電流供給手段４に接続されている。そして、水平方向に可動光ファイバ１７を挟んで１対の磁場発生手段（電磁石）１８が配置されている。この構成では、導電被膜７は第１の実施形態のコイルパターン２のように電磁石を構成しないが、磁場に直交する方向に電流を流すことにより、可動光ファイバ１７には基板１１，２１の板面に垂直な方向に力が生じて可動部分が変位する。電磁石１８または導電被膜７に供給する電流の向きを変えると、可動光ファイバ１７に生じる力が反対向きになるので、可動光ファイバ１７は初期状態に復帰する。この構成によると、コイル基板１が必要ないため構成がさらに簡単になり、可動光ファイバ１７の導電被膜７と電流供給手段４との電気的接続が簡単である。また、電磁石１８を基板１１，２１の上下ではなく水平な位置に配置できるので、光スイッチの薄型化が可能になり、上部基板２１上に電磁石１８が突出することなく平坦な形状にすることができる。
【００４５】
図１３に示すような直線的な導電被膜７に電流を供給する場合、この導電被膜７に供給する電流をＩ、これに直交する磁束密度をＢ、導電被膜７の長手方向の長さをＬとすると、可動光ファイバ１７に生じる力ＦはＦ＝ＩＢＬであり、その力Ｆによって可動光ファイバ１７の可動部分は変位する。
【００４６】
図１４に要部を示す本実施形態の変形例では、直線的な導電被膜ではなく、可動光ファイバ１７の外周を覆う円筒状の導電被膜が形成されている。この構成によると、導電被膜７の可動光ファイバ１７への固着の信頼性が高まり、また、電流供給手段４との接続構成の自由度が高まる。
【００４７】
なお、本実施形態において、電磁石１８に代えて永久磁石を用いることもできる。その場合、導電被膜７へ電流を供給すると可動光ファイバ１７に力が生じて変位し、導電被膜７へ供給する電流の向きを逆にするか、導電被膜７への電流供給を停止すると、可動光ファイバ１７が初期状態に復帰するように設定される。また、磁場発生手段をいずれか１個のみ配設する構成にしてもよい。
【００４８】
次に、本発明の第４の実施形態について図１５〜１６を参照して説明する。第１〜３の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付与し説明を省略する。
【００４９】
本実施形態の主要部を図１５に示している。これは、可動光ファイバ１７の先端と対向可能な位置に４本の固定光ファイバ８ａ〜８ｄが配置された１×４光スイッチであり、可動光ファイバ１７の外周を覆う円筒状の導電性被膜７が設けられ、その周囲四方に電磁石９ａ〜９ｄが配置されている。この４つの電磁石９ａ〜９ｄは、図示しない駆動手段により、水平方向に対向する組（電磁石９ａ，９ｂ）と、垂直方向に対向する組（電磁石９ｃ，９ｄ）とに分けて選択的に駆動される。なお、各組の電磁石には、それぞれ発生する磁場が同じ向きになるように電流が供給される。
【００５０】
すなわち、導電被膜７に電流を供給した状態で、水平方向に対向する電磁石９ａ，９ｂに電流を供給すると、可動光ファイバ１７は垂直方向に変位し、垂直に位置する固定光ファイバ８ｃ，８ｄの一方（例えば８ｃ）と対向して光結合する。そして、導電被膜７または電磁石９ａ，９ｂに供給する電流の向きを反対にすると、垂直に位置する固定光ファイバ８ｃ，８ｄの他方（例えば８ｄ）と対向して光結合する。このとき、垂直方向に対向する電磁石９ｃ，９ｄには電流は供給しない。これに対し、導電被膜７に電流を供給した状態で、垂直方向に対向する電磁石９ｃ，９ｄに電流を供給すると、可動光ファイバ１７は水平方向に変位し、水平に位置する固定光ファイバ８ａ，８ｂの一方（例えば８ａ）と対向して光結合する。そして、導電被膜７または電磁石９ｃ，９ｄに供給する電流の向きを反対にすると、水平に位置する固定光ファイバ８ａ，８ｂの他方（例えば８ｂ）と対向して光結合する。このとき、水平方向に対向する電磁石９ａ，９ｂには電流は供給しない。
【００５１】
なお、本実施形態の光スイッチの全体図は示されていないが、可動光ファイバ１７および固定光ファイバ８ａ〜８ｄの固定手段や各電磁石９ａ〜９ｄの固定手段等については特に問わない。好ましくは、図１６に示すように、下部基板１１と上部基板２１にそれぞれ大きめのＶ溝１２，２２を形成しておき、それらを接合して、４つの固定光ファイバ８ａ〜８ｄを各角部に保持しておき、可動光ファイバ１７が変位したときにはやはり各角部のいずれかに保持されるようにして、光結合の信頼性を高める。
【００５２】
従来の板ばねを用いる光スイッチでは、板ばねを基板に固定することに伴って、可動光ファイバの変位方向が板ばねの可動方向に限定されてしまうため、１×２光スイッチしか構成できなかったが、本実施形態によると、板ばねが存在せず可動光ファイバ１７の変位方向に制約がないため、従来にない全く新しい１×４光スイッチが構成できる。
【００５３】
次に、本発明の第５の実施形態について図１７〜１９を参照して説明する。第１〜４の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付与し説明を省略する。
【００５４】
図１７に示すように、本実施形態では、板ばね１０が上部基板２１に固定され、この板ばね１０に可動光ファイバ１７が固着されている。そして、図１８に示すように、板ばね１０にコイルパターン２が形成され、概略的に図示しているがコイルパターン２は導線５を介して電流供給手段に接続されている。この構成では、板ばね１０を電磁石として作用させ、上部基板２１上に配置されている電磁石１８との間で生じる吸引力により、可動光ファイバ１７を変位させて固定光ファイバ１６との光結合を解除する。そして、電磁石１８またはコイルパターン２へ供給する電流の向きを変えると、反発力が発生して可動光ファイバ１７が図１７に示す初期位置に復帰し、固定光ファイバ１６と光結合する。このとき、電磁石１８とコイルパターン２との間の反発力に加え、可動光ファイバ１７の剛性と板ばね１０のばね力も作用して高速かつ確実なスイッチング動作が行える。
【００５５】
板ばね１０のばね力などの特性を考慮して、図１９に示すように、複数回屈曲した長い梁状部１０ａを有する複雑な形状の板ばね１０を用い、この板ばね１０全体にコイルパターン２を形成することもできる。
【００５６】
本実施形態において、板ばね１０は上部基板２１に固定しても下部基板１１に固定してもよく、そのばね力が可動光ファイバ１７を上部基板２１側に付勢しても下部基板１１側に付勢してもよい。また、固定光ファイバ１６を上部基板に固定してもよく、また、上部基板２１と下部基板１１にそれぞれ固定された２本の固定光ファイバを用いて１×２光スイッチを構成してもよい。
【００５７】
磁場発生手段としては電磁石１８を用いても永久磁石を用いてもよく、可動光ファイバ１７を挟んで２つの磁場発生手段を設けても、可動光ファイバ１７を挟んで対向する２つの磁極を有するＵ字型の磁場発生手段を設けてもよい。コイルパターン２の電気的接続構成やコイルパターン２の形状については何ら限定はなく、第１の実施形態において例示したものを含め、様々な変更例が可能である。
【００５８】
以上説明した各実施形態の光スイッチにおいて、可動光ファイバ１７の端面と固定光ファイバ１６，２６の端面間に空気が存在する場合、挿入損失を低減させるためには、端面間距離を約２０μｍ以下まで近接させる必要がある。また、光ファイバ１６，１７，２６の端面での屈折率差によって、表面反射が生じ、挿入損失や反射減衰量が増加する。そこで、それぞれの端面に反射防止膜をコーティングすることが望ましい。
【００５９】
また、反射減衰量を低減させるために、光ファイバ１６，１７，２６の端面を、光軸に垂直な面から５度から８度程度傾けるように加工することも考えられるが、光ファイバ端面での屈折により、光軸ずれが起こり、挿入損失が増加する。そこで、この場合には、１本のＶ溝に光ファイバを配置するのではなく、光軸ずれに対応した位置に光ファイバが配置できる２本の平行なＶ溝を形成することが望ましい。
【００６０】
また、光ファイバ１６，１７，２６の端面間を屈折率整合液で満たすことによって、反射損失及び挿入損失を低減させることも可能である。
【００６１】
本実施形態の基板１１，２１はシリコン基板であるが、光ファイバ１６，１７，２６と同一材料であるガラスにより基板１１，２１を形成すると、熱膨張係数が光ファイバ１６，１７，２６と一致するため、広い温度範囲において、挿入損失、反射損失、偏波依存特性等において、温度変化に依存しない、優れた光スイッチを作製できる。その場合、Ｖ溝１２，２２は、基板１１，２１の表面を機械的に加工して作製される。例えば、切削用ブレードを高速回転させ、回転方向に走査させながらカッティングすることにより、ブレードの断面形状を転写させた形の溝が作製できる。ブレードのテーパ角を制御することにより、任意の傾斜の側面を容易に形成でき、様々な形状のＶ溝加工が実現する。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によると、光ファイバの導電部に流す電流の向きを変えることにより容易にスイッチングが行える。また、磁場発生手段として電磁石を用いる場合には、電磁石に供給する電流の向きを変えることによっても容易にスイッチングが行える。さらに、供給する電流を調整することによりスイッチング特性の微調整が可能であり、高性能な光スイッチを低コストで供給できる。
【００６３】
そして、板ばねのない構成にすると、構成が簡単で製造が容易になり製造コストが低くなるとともに、光ファイバの配置および固定位置の制限が殆どなくなる。それに伴って光ファイバの変位方向に制約がなくなるため、従来にない全く新しい１×４光スイッチを構成することもできる。
【００６４】
あるいは、本発明において板ばねも用いる構成にすると、磁力と光ファイバの剛性のみならず板ばねのばね力も作用して高速かつ確実なスイッチング動作が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の光スイッチの分解斜視図である。
【図２】図１に示す光スイッチの上部基板を外した状態の模式的平面図である。
【図３】図１に示す光スイッチの第１の状態の、図２のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】図１に示す光スイッチの第２の状態の、図２のＡ−Ａ’線断面図である。
【図５】図１に示す光スイッチの、図２のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図６】図１に示す光スイッチの、図２のＣ−Ｃ’線断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の変形例の要部を示す概略図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の他の変形例のコイルパターンを示す概略図である。
【図９】本発明の第１の実施形態のさらに他の変形例のコイルパターンを示す概略図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の光スイッチの断面図である。
【図１１】図１０のＤ−Ｄ’線断面図である。
【図１２】図１０のＥ−Ｅ’線断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態の光スイッチの上部基板を外した状態の模式的平面図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態の変形例の要部を示す概略図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態の光スイッチの要部を示す模式的斜視図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態の光スイッチの固定光ファイバの固定構造を示す断面図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態の光スイッチの断面図である。
【図１８】本発明の第５の実施形態の光スイッチの板ばねを示す模式的平面図である。
【図１９】本発明の第５の実施形態の変形例の板ばねを示す模式的平面図である。
【図２０】従来の光スイッチの一部切欠斜視図である。
【符号の説明】
１　　　　コイル基板
２　　　　導電部の一例であるコイルパターン
３　　　　電流供給用配線膜
４　　　　電流供給手段
７　　　　導電部の一例である導電被膜
８ａ〜８ｄ　　　固定光ファイバ
９ａ〜９ｄ　　　磁場発生手段の一例である電磁石
１０　　　板ばね
１１　　　基体の一例である下部基板
１６　　　固定光ファイバ
１７　　　光ファイバの一例である可動光ファイバ
１８　　　磁場発生手段の一例である電磁石
２１　　　基体の一例である上部基板
２６　　　もう１つの固定光ファイバ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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