(57)【要約】【課題】液体封止型光装置に標準的に求められる−４０度Ｃから＋８５度Ｃまでの環境温度の変化は、屈折率整合液の体積の膨張収縮を引き起こす。かかる膨張収縮は静水圧として加わる。このため、従来の液体封止型光装置では、空間の内壁に加わる圧力は温度上昇により高まり、高温下では接合部分から液漏れを生じやすいという問題を抱えていた。本発明は、このような問題を解決するために、液漏れの生じにくい液体封止型光装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、対向する内面を備える液体封止型光装置であって、該内面のうち少なくとも一方に気泡溜めを設けることによって、屈折率整合液の体積の膨張収縮を吸収する。【選択図】  図６
2004302305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する内面を封止された空間内に備える液体封止型光装置であって、該対向する内面のうち少なくとも一方に気泡溜めが設けられた液体封止型光装置。
【請求項２】
対向する内面と光素子とを封止された空間内に備える液体封止型光装置であって、該対向する内面のうち少なくとも一方に気泡溜めが設けられ、該封止された空間に気泡と液体とが充填された液体封止型光装置。
【請求項３】
光導波路及び該光導波路を横断するスリットを備える光導波体と、該スリットに挿抜されて光の進路又は減衰量を制御する光学板を備える駆動体とが、封止された空間内に対向して配置され、該封止された空間の内面のいずれかに気泡溜めが設けられた液体封止型光装置。
【請求項４】
光導波路及び該光導波路を横断するスリットを備える光導波体と、該スリットに挿抜されて光の進路又は減衰量を制御する光学板を備える駆動体とが、封止された空間内に対向して配置され、該封止された空間の内面のいずれかに気泡溜めが設けられ、該封止された空間に気泡と液体とが充填された液体封止型光装置。
【請求項５】
前記気泡溜めは、前記封止された空間の内面に形成された凹部であることを特徴とする請求項１から４に記載の液体封止型光装置。
【請求項６】
前記気泡溜めは、サンドブラストを吹き付けることによって形成された凹部であることを特徴とする請求項１から４に記載の液体封止型光装置。
【請求項７】
前記気泡の特定温度の体積が、該特定温度と動作上限温度との間で生じる前記液体の体積膨張分と略等しく、好ましくはそれ以上に設定されていることを特徴とする請求項２又は４に記載の液体封止型光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光素子を内包する光装置に関する。特に、光装置の内部に光素子との屈折率整合をとった液体を充填した光装置について温度特性の改善を図ったものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光素子を内部に配置する光装置は、光素子と空気との間の屈折率不整合による反射や拡散が光の通過損失となるため、光素子を配置する内部空間に液体を充填していた。従来の液体封止型光装置の例を図１、図２に示す。図１は、従来の液体封止型光装置の上図面を表す。図２は、図１のＡ−Ａ’線における断面図を表す。図１、図２において、５０は従来の液体封止型光装置、５１は光導波路層、５２は光導波路基板、５３はＭｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＭＥＭＳ）、５４はＭＥＭＳ基板、５５は光導波路層５１とＭＥＭＳ５３に挟まれた空間、５６は接続封止層、５７−１は入力側光ファイバ列、５７−２は透過出力側光ファイバ列、５７−３は反射出力側光ファイバ列、５８は光導波路、５９はスリット、６０は可動ミラーである。
【０００３】
図１において、従来の液体封止型光装置５０の内部では、入力側光ファイバ列５７−１を入力とし、透過出力側光ファイバ列５７−２と反射出力側光ファイバ列５７−３とを出力とするマトリクスの交点位置にそれぞれ可動ミラーが配置されている。入力側光ファイバ列５７−１から入力された光は、光導波路層５１内を伝搬し、可動ミラー（図示せず）の挿抜によって、透過出力側光ファイバ列５７−２か反射出力側光ファイバ列５７−３かに出力される。
【０００４】
図２において、光導波路基板５２に支持された光導波路層５１内には、光導波路５８が形成されている。光導波路５８には、入力側光ファイバ列５７−１と透過出力側光ファイバ列５７−２が接続される。また、光導波路５８の途中にはスリット５９が形成され、ＭＥＭＳ５３からスリット５９に可動ミラー６０が挿抜される。ＭＥＭＳ５３はＭＥＭＳ基板５４に支持されている。
次に、図２を用いて従来の液体封止型光装置の動作を説明する（例えば、非特許文献１参照）。入力側光ファイバ列５７−１から入力された光は、光導波路５８内を伝搬する。ＭＥＭＳ５３から可動ミラー６０がスリット５９に挿入されると、光は可動ミラー６０で反射され反射出力側光ファイバ列（図示せず）に出力される。可動ミラー６０がスリット５９からＭＥＭＳ５３に格納されると、光は透過して、透過出力側光ファイバ列５７−２に出力される。
【０００５】
ここで、光導波路５８はガラスで構成され、その屈折率は一般的に１．５程度と空気よりも高くなる。このため、光導波路５８を伝搬した光はスリット５９で、拡散し、かつ反射も生じるため、光損失が大きくなる。光損失を減少させるため、ＭＥＭＳ５３と光導波路層５１で挟まれた空間５５を接続封止層５６で封止し、空間５５内に屈折率整合液を充填する。
【０００６】
しかし、液体封止型光装置に標準的に求められる−４０度Ｃから＋８５度Ｃまでの環境温度の変化は、屈折率整合液の体積の膨張収縮を引き起こす。屈折率整合液の一般的な熱膨張率は１０−３／ｄｅｇ程度であることから、温度変化による屈折率整合液の体積変化は中間値の２０度Ｃに対して±５％程度の値となる。かかる膨張収縮は空間５５内で静水圧として加わる。このため、従来の液体封止型光装置では、空間５５の内壁に加わる圧力は温度上昇により高まり、高温下ではＭＥＭＳ５３と光導波路層５１との接合部分から液漏れを生じやすいという問題を抱えていた。
【０００７】
【非特許文献１】
“Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ２ｘ２  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｗｉｔｃｈ  Ａｒｒａｙ  ｂｙ  Ｓｔｒｅｓｓ−Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｂｅｎｄｉｎｇ”，  Ｍ．  Ｋａｔａｙａｍａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｆｏｕｒｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  ｏｎ  Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  （ＣＰＴ２００１），  ｐｐ．２７−２８，  ｍｃ−４，  Ｊａｎ．  １５−１７，  ２００１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解決するために、液漏れの生じにくい液体封止型光装置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】
前述した目的を達成するために、本願第一発明は、対向する内面を封止された空間内に備える液体封止型光装置であって、該対向する内面のうち少なくとも一方に気泡溜めが設けられた液体封止型光装置である。
【００１０】
本願第二発明は、対向する内面と光素子とを封止された空間内に備える液体封止型光装置であって、該対向する内面のうち少なくとも一方に気泡溜めが設けられ、該封止された空間に気泡と液体とが充填された液体封止型光装置である。
【００１１】
本願第一発明又は本願第二発明により、液体封止型光装置の環境温度が上昇しても、気泡溜めに存在する気泡により内圧の上昇を抑圧することが可能となり、液漏れの生じにくい液体封止型光装置とすることができる。
【００１２】
本願第三発明は、光導波路及び該光導波路を横断するスリットを備える光導波体と、該スリットに挿抜されて光の進路又は減衰量を制御する光学板を備える駆動体とが、封止された空間内に対向して配置され、該封止された空間の内面のいずれかに気泡溜めが設けられた液体封止型光装置である。
【００１３】
本願第四発明は、光導波路及び該光導波路を横断するスリットを備える光導波体と、該スリットに挿抜されて光の進路又は減衰量を制御する光学板を備える駆動体とが、封止された空間内に対向して配置され、該封止された空間の内面のいずれかに気泡溜めが設けられ、該封止された空間に気泡と液体とが充填された液体封止型光装置である。
【００１４】
本願第三発明又は本願第四発明により、液体封止型光装置の環境温度が上昇しても、気泡溜めに存在する気泡により内圧の上昇を抑圧することが可能となり、光導波体と駆動体との接合部から液漏れの生じにくい液体封止型光装置とすることができる。
【００１５】
本願第一発明から本願第四発明には、前記気泡溜めが、前記内面に形成された凹部であることも含まれることがある。
凹部であれば容易に形成することができ、また、気泡の合体を容易にすることができる。
【００１６】
本願第一発明から本願第四発明には、前記気泡溜めが、サンドブラストを吹き付けることによって形成された凹部であることも含まれることがある。
サンドブラスト加工により、効率良く凹部を形成することができ、適度に加工表面粗さのある面とすることができる。
【００１７】
本願第二発明又は本願第四発明には、前記気泡の特定温度の体積が、該特定温度と動作上限温度との間で生じる前記液体の体積膨張分と略等しく、好ましくはそれ以上に設定されていることも含まれることがある。
前記気泡の特定温度の体積が、該特定温度と動作上限温度との間で生じる前記液体の体積膨張分と略等しいか、それ以上であれば、気泡の存在により液体の膨張を吸収することができる。
なお、これらの各構成は、可能な限り組み合わせることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の例を添付の図面を参照して説明する。
図３は、本発明の実施の形態の例である液体封止型光装置１０−１の内部平面図である。液体封止型光装置１０−１は複数の光入力に対して、マトリクススイッチとして機能し、入力側光ファイバ列１７−１からの入力光を透過出力側光ファイバ列１７−２か反射出力側光ファイバ列１７−３かに切り替えて出力光として出力する。
【００１９】
図４は、本発明の実施の形態の例である液体封止型光装置１０−１の内部平面図である。液体封止型光装置１０−１は複数の光入力に対して、それぞれ減衰器として機能し、入力側光ファイバ列１７−１からの入力光を減衰して透過出力側光ファイバ列１７−２に出力光として出力する。
【００２０】
図５は、図３又は図４に示す液体封止型光装置のＢ−Ｂ’線における断面図である。図６は、図３又は図４に示す液体封止型光装置のＣ−Ｃ’線における断面図である。
【００２１】
図３、図４、図５、図６において、１０、１０−１、１０−２は本発明の実施の形態である液体封止型光装置、１１は光導波体の一部としての光導波路層、１２は光導波体の一部としての光導波路基板、１３は駆動体の一部としてのＭＥＭＳ、１４は駆動体の一部としてのＭＥＭＳ基板、１５ａは気泡溜めとしての気泡用空洞部、１６は接続封止層、１７−１は入力側光ファイバ列、１７−２は透過出力側光ファイバ列、１７−３は反射出力側光ファイバ列、１８は光導波路、１９はスリット、２０は液体、２１は光学板としての減衰板である。光導波路層１１と光導波路基板１２とで光導波体を構成し、ＭＥＭＳ１３とＭＥＭＳ基板１４とで駆動体を構成する。液体２０の屈折率は光導波路１８の屈折率に略等しい屈折率整合液である。
【００２２】
図３、図５を使用して本発明の実施の形態である液体封止型光装置１０−１の動作を説明する。入力側光ファイバ列１７−１、透過出力側光ファイバ列１７−２、反射出力側光ファイバ列１７−３は、それぞれ光導波路層１１に設けられた光導波路１８に接続される。入力側光ファイバ列１７−１から入力した光は光導波路１８を伝搬し、スリット１９に達する。スリット１９で可動ミラー（図示せず）がＭＥＭＳ１３に格納されている場合は、直進して透過出力側光ファイバ列１７−２から光が出力される。スリット１９で可動ミラーが光の進路に挿入されている場合は、反射されて反射出力側光ファイバ列１７−３から光が出力される。このように、可動ミラーによって光の進路が制御されることになる。光損失を減少させるため、ＭＥＭＳ１３と光導波路層１１とが対向して配置された空間を接続封止層１６で封止し、空間内に屈折率整合液である液体２０を充填する。光導波路層１１の一部には気泡用空洞部１５ａが形成されている。
【００２３】
図４、図５を使用して本発明の実施の形態である液体封止型光装置１０−２の動作を説明する。入力側光ファイバ列１７−１、透過出力側光ファイバ列１７−２は、それぞれ光導波路層１１に設けられた光導波路１８に接続される。入力側光ファイバ列１７−１から入力した光は光導波路１８を伝搬し、スリット１９に達する。スリット１９で光減衰板２１がＭＥＭＳ１３に格納されている場合は、減衰することなく透過出力側光ファイバ列１７−２から光が出力される。スリット１９で光減衰板２１が光の進路に挿入されている場合は、挿入の割合に応じた減衰を受けて透過出力側光ファイバ列１７−２から光が出力される。このように、光減衰板によって光の減衰量が制御されることになる。光損失を減少させるため、ＭＥＭＳ１３と光導波路層１１とが対向して配置された空間を接続封止層１６で封止し、空間内に屈折率整合液である液体２０を充填する。光導波路層１１の一部には気泡用空洞部１５ａが形成されている。
【００２４】
図６は本発明の実施の形態の例である気泡用空洞部のある部分の液体封止型光装置の断面図である。図６において、対向して配置されたＭＥＭＳ１３と光導波路層１１とが封止された空間の内面を形成し、ＭＥＭＳ１３と光導波路層１１とに気泡用空洞部１５ａが設けられている。気泡用空洞部１５ａの内径寸法はＭＥＭＳ１３、光導波路層１１、接続封止層１６で封止された空間内のどの凹部よりも大きいことが望ましい。封入する気泡の集合を容易にするからである。
【００２５】
図６においては、ＭＥＭＳ１３と光導波路層１１とが対向して配置され、封止された空間の内面を占めているが、ＭＥＭＳ１３又は光導波路層１１が内面の一部を占める場合には、ＭＥＭＳ１３又は光導波路層１１以外の内面を形成するいずれかの部分に気泡用空洞部を設けてもよい。また、気泡溜めは対向する内面の片側に設けてもよいが、内面の対向する位置の両側に設けることが好ましい。
【００２６】
図６において、ＭＥＭＳ１３と光導波路層１１の間隔は１００μｍ以下に設定されることがある。直径１０μｍ弱のコア径を持つ光導波路の光ビームを反射又は減衰する光学板のサイズは通常３０〜５０μｍである。ＭＥＭＳ１３と光導波路層１１の間隔は、光学板を光導波路側に設けられたスリットから引き抜いてＭＥＭＳ１３に格納しても余裕のある間隔として与えられている。１００μｍの間隔余裕を超えて増やすことは、光学板の機械的支持部分からより離れた位置で高精度に動作させることになり、光学板の動作精度維持の面から好ましくない。
【００２７】
図３又は図４の内部平面図において、四隅の部分には光導波路とスリットが形成されておらず、デッドスペースとなっている。この四隅の部分では、光導波路あるいは光導波路直下のアンダークラッド層まで、さらには、光導波路基板までえぐり取ることが可能である。光導波路基板は、えぐり取る深さに対して十分な厚さを持たせる。例えば、石英系光導波路作製に用いるＳｉウェーハ基板の場合、厚さを約１ｍｍとする。基板に対して気泡用空洞部として深さ３００μｍえぐれば、ＭＥＭＳ１３と光導波路層１１の間隔１００μｍに比べて四倍の深さを確保できる。
【００２８】
後述するように、封止された空間の体積に対する気泡比率は２０％以上が望ましい。図３又は図４において、気泡用空洞部１５ａの占有面積を５％に設定すると、気泡用空洞部としては、封止された空間の２０％の占有体積が確保できる。即ち、気泡が光導波路のスリットにはみ出さないように気泡用空洞部を設ける領域は、本発明によれば５％の占有面積で可能となる。このように形成された気泡用空洞部に気泡を封入する。封入する気泡として、例えば窒素等の不活性ガスを用いることが好ましい。不活性ガスであれば、充填する屈折率整合液との反応がなく、屈折率整合液が変質することもなく、また気泡が消失することもない。
【００２９】
気泡用空洞部１５ａの個数は１箇所だけに限らず、複数箇所に設けてもよい。また、その形状は円形や多角形に限らず、図７に示すように、光導波層１１上で周囲の内側に主用部を取り囲むように形成してもよい。図７における、各部の番号は図３と同じであるため、説明は省略する。図７のような気泡空洞部１５ａを形成すると、封止された空間での占有体積を大きくできるばかりでなく、液体封止型光装置がどのような向きに設置されても、気泡が気泡空洞部に集合する時間を短縮することができる。
【００３０】
図８は、本発明の実施の形態の例である液体封止型光装置の気泡溜め付近を抽出したものである。図８（ａ）は低温時、図８（ｂ）は常温時、図８（ｃ）は高温時における気泡の状態を模式的に表したものである。図８において、２３はＭＥＭＳとＭＥＭＳ基板からなる駆動体、２４は光導波路層と光導波路基板からなる光導波体、２５は光導波体２４の表面に形成された気泡溜め、２６は気泡である。
【００３１】
図８において、駆動体２３と光導波体２４とが封止された空間内に、対向して配置され、封止された空間には液体が充填されており、気泡溜め２５には気泡が導入されている。本発明の実施形態に係る気泡溜め２５には常温にて所定の体積を有する気泡が導入されているため（図８（ｂ））、高温時には封止された液体が膨張し、膨張した液体が気体である気泡を圧縮するように気泡溜め２５に入り込み（図８（ｃ））、低温時には封止された液体が収縮し、気泡は膨張する（図８（ａ））。即ち、液体が膨張、収縮してもその体積変動は気泡に吸収されるため、封止された空間内で生じる内圧上昇の問題が解消される。従って、液体封止型光装置の接合部分から液漏れを生じやすいという問題がほぼ解消した。
【００３２】
ここで、封止された空間に導入する気泡の体積について考察する。封止された空間における２枚の基板が全く撓まない系を想定する。気泡を導入する温度での気泡の体積が、使用環境温度上限値での液体が膨張したときの体積に等しい場合は、液体封止型光装置が使用環境温度上限値になると、気泡は内圧上昇で体積が縮小し、さらには気泡は液体中に溶け込んで消滅することになる。気泡が消滅するまで液体が膨張した場合、それ以上の液体の膨張は封止された空間に強い内圧として加わる。これが、気泡の最小体積としての条件となる。換言すると、気泡の特定温度の体積が、特定温度から動作上限温度の間で生じる液体の体積膨張分と等しいか、それ以上に設定されていることが好ましいということになる。
【００３３】
現実の系では、駆動体や光導波体の基板はＳｉ結晶やガラスで構成するために、基板の撓みによる封入空間自体の膨張で内圧の上昇が緩和されることになる。基板の撓みによる内圧上昇の緩和も考慮して、封止された空間に導入する気泡の体積の効果を算出した結果を図９に示す。図９において、横軸は封止された空間の体積に対する常温（２５度Ｃ）における気泡の体積を表し、縦軸は高温（９０度Ｃ）における封止された空間の内面に加わる圧力をあらわす。液体封止型光装置の使用環境温度は上限値が８５度Ｃであるが、マージンを見込んで９０度Ｃで計算したものである。
【００３４】
図９において、気泡比率を高めることによる内圧低減効果の限界は、液体を全く注入せずに気体のみを導入したとき（気泡比率１００％）の値に漸近する、気泡比率１００％における内圧は、気体導入時の温度（２５度Ｃ）と高温（９０度Ｃ）との温度差で生じる気体自体の膨張によるものである。一方、気泡比率が０％に近い領域では、内圧が急激に上昇している。換言すれば、封止された空間に導入した気泡の膨張収縮によって、液体の膨張を吸収できない場合には内圧が極端に上昇することを示している。
【００３５】
図９の結果は、少しでも、気泡を導入することによって内圧上昇を緩和できることを示している。また、気泡比率を２０％まで高めると、圧力は急に低減されるが、２０％を超えるとほぼ一定となることが分かる。これより、気泡溜めを形成する領域の確保と圧力低減効果とを勘案すると、気泡比率は２０％程度が望ましい。もちろん、気泡溜めを形成する領域を容易に確保できれば、気泡比率を２０％以上とすることがより好ましい。内圧上昇の緩和は液体封止型光装置での液漏れ防止や破裂防止に大きな効果がある。
【００３６】
常温で気泡比率を１％以下になるように気泡を導入した場合、封止された空間を構成材である駆動体と光導波体の２枚の基板が撓まないとすると、封止された空間の内圧は図９の縦軸の範囲を超えて高まり、封止された空間から液漏れを生じるか、破裂に到る。図９の算出では、基板がＳｉ結晶の場合、２枚の基板は内圧を受けて膨張し撓むことを考慮している。但し、２枚の基板が撓む結果、２枚の基板の間隔は広がり、駆動体からスリットに突き出した可動ミラー等の光学板が導波路側から遠ざかる。即ち、スリットでの光学板の深さが温度によって変動することになる。具体的には、図９における気泡比率が１％のときには、Ｓｉ基板は、中央部分で約１７μｍ撓むことになる。光学板のサイズは通常３０〜５０μｍであることから、上記１７μｍの撓みによる光学板の変位は動作特性に大きな影響を与えることになる。
【００３７】
本発明において、気泡を導入するときの温度を常温（２５度Ｃ）よりも高い温度で気体を常圧封入すれば、使用環境温度上限値での膨張による内圧の上昇を図９の算出結果よりも、さらに緩和することができる。気泡を導入するときの温度を高い温度で実施すると、使用環境温度上限値での内圧の上昇は緩和できるが、使用環境温度下限値での内圧の下降は大きくなる。しかし、低温では液体の収縮により封止された空間を圧縮する方向の応力が駆動体、光導波体や接着部に働く。接着部は、駆動体と光導波体からの膨張時の引っ張り応力よりも、駆動体と光導波体からの収縮時の圧縮応力に対してはるかに耐力がある。従って、気泡を導入する温度を常温（２５度Ｃ）よりも高い温度で実施することは、接着部の強度を強化する観点からは好ましいといえる。
【００３８】
本発明における液体封止型光装置では、気泡は周囲より深く形成された凹部に大きな径の気泡として滞留する。これは、気泡が深い凹部と浅い凹部に跨って存在する場合には、それぞれの液体と気泡の境界における表面張力に起因する圧力差によって浅い凹部から深い凹部に押し戻されるという、毛細管現象によるためである。この結果、気泡は最も深い凹部内に滞留しつづけるので、スリットに侵入して光路を遮ることがない。逆にいえば、気泡溜めは封止された空間の中で、最も深い凹部にしておくことが好ましい。
【００３９】
本発明における液体封止型光装置では、気泡溜めは、液体中に複数の気泡が存在する場合に、複数の気泡の合体を促進する役割も果たしている。図６において、気泡溜めとしての気泡用空洞部１５ａの深さは、光導波路層１１の表面から十分に深い。気泡用空洞部１５ａでは、封止された空間の他の部分よりも間隔が広くなっている。液体とともに封止された空間に導入された気泡が、光導波路層に形成されたスリットに散在、滞留すると、光の進路が妨害され液体封止型光装置の特性劣化となる。
【００４０】
かかる不都合は、気泡の持つ性質と気泡用空洞部の存在によって抑止することが可能である。液体中に複数の気泡となって導入された状態で液体封止型光装置が封印された場合に、光導波路層に形成されたスリットに散在することがある。散在する気泡に対して、封止された空間内に温度差を与えることで気泡の散在、滞留を防止することができる。封止された空間を部分的に加熱することにより、液体に対流が生じ、液体の流動により複数の気泡が遭遇する機会が増える。遭遇した気泡は、表面張力によるエネルギが低い形状に変化する。即ち、遭遇した気泡は表面の曲率半径がより大きな形状となるように合体する性質を持つ。合体した気泡は分裂することは生じない。
【００４１】
気泡は合体によりその数が減少するとともに、１つの気泡の体積が拡大する。合体を続ける過程で、封止された空間の間隔を超える大きさの気泡に成長するものが出始める。大きな気泡は、気泡用空洞部以外では、エネルギの低い状態である球形を維持できず、球状の上下が歪んだ扁平状態となって流動する。流動する過程で一度、気泡用空洞部に入り込めば、本来の球形に変形し、表面張力によるエネルギを下げることが出来る。従って、大きく成長した気泡は気泡用空洞部に滞留する性質を持つ。
【００４２】
気泡が合体する性質と球形を維持する性質は、気泡用空洞部で気泡が成長する方向に作用し、流動継続によって最終的には一つの気泡が気泡用空洞部に滞留する状態となる。
【００４３】
次に、気泡溜めとしての気泡用空洞部の形成方法について説明する。気泡用空洞部を形成するプロセスは、一般的には光導波体又は駆動体を通常の半導体製造プロセスであるドライエッチングやウェットエッチングによる。しかし、エッチングは、その深さが数μｍ以内であり、数μｍのエッチングに対して製造コストが経済的合理性を持つ技術である。本発明の気泡用空洞部の深さは１００μｍ程度である。従って、上記エッチング技術を適用すると、気泡用空洞部のエッチングにはプロセス時間が極めて長くなり、コストが増大する。また、上記エッチング技術は、１μｍ以下の精密な加工を実現するためのものであるが、本発明の気泡用空洞部は１００μｍのオーダの径の大きさの気泡を収容するため、加工精度はせいぜい数十μｍで十分である。
【００４４】
上記経済性と加工精度の観点から、本発明の実施の形態では、サンドブラスト加工を導入するものである。マスクを使用しない従来のサンドブラスト加工では十分な加工精度が取れない、また、メタルマスクを使用しても１００μｍ程度の加工精度がとれないことから、発明者らはフォトリソグラフィー技術をサンドブラスト加工に適用することとした。
【００４５】
図１０に気泡用空洞部の形成方法の例を示す。予め気泡用空洞部の位置に孔３２の開いたメタルマスク３１を作製し（図１０（１））、光導波体２４の表面に塗布した１００μｍ厚さのポジ型フォトレジスト膜３３（図１０（２））に上記メタルマスク３１を被せて紫外線３４で露光し（図１０（３））、現像して気泡用空洞部の位置にあるフォトレジストを除去する（図１０（４））。ネガ型フォトレジスト膜を用いて気泡用空洞部の位置にあるフォトレジストを除去できるようにしてもよい。この場合のメタルマスクは、ポジ型フォトレジスト用とは反転したものを使用する。また、メタルマスクに替えてガラスマスクを用いることもできる。
【００４６】
気泡用空洞部の位置にあるフォトレジストを除去した後、光導波路層にブラスト粒子３５でサンドブラスト加工を施す（図１０（５））。ブラスト粒子は＃１０００の炭化珪素粒子を用いて、９０分のサンドブラスト加工を行い、直径３ｍｍφ、深さ２００μｍ程度の凹部を形成することができた。サンドブラスト加工後に、フォトレジスト３３を剥離する（図１０（６））。
【００４７】
この結果出来上がった気泡用空洞部１５ａでは、オーバエッチング（フォトレジストからの後退）は３ｍｍφの直径に対して５０μｍ以内、加工表面粗さはＲａ＝０．１μｍ程度であり、凹部を形成する方法として適切であることが判明した。
【００４８】
サンドブラスト加工によれば、光導波路層への悪影響もなく、他の形成方法に比べて効率よく気泡用空洞部を形成することができた。また、ドライエッチングやウェットエッチングに比較して、加工表面粗さが大きいため、集合した気泡の合体を促進する効果も期待することが出来る。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば液体封止型光装置で使用環境温度が高温になっても、内圧の上昇を抑圧することが可能となり、液漏れの生じにくい液体封止型光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の液体封止型光装置の例を説明する上面図である。
【図２】従来の液体封止型光装置の例を説明する内部断面図である。
【図３】本発明の実施の形態である液体封止型光装置の例を示すの内部平面図である。
【図４】本発明の実施の形態である液体封止型光装置の例を示す内部平面図である。
【図５】本発明の実施の形態である液体封止型光装置の例を示す内部断面図である。
【図６】本発明の実施の形態である液体封止型光装置の例を示す内部断面図である。
【図７】本発明の実施の形態である液体封止型光装置の例を示す内部平面図である。
【図８】本発明の実施の形態である液体封止型光装置の例を示す気泡用空洞部である。
【図９】封止された空間に導入する気泡の体積の効果を算出した結果を説明する図である。
【図１０】本発明の液体封止型光装置の気泡用空洞部の形成方法例を説明する工程図である。
【符号の説明】
１０、１０−１、１０−２：本発明の実施の形態である液体封止型光装置
１１：光導波体の一部としての光導波路層
１２：光導波体の一部としての光導波路基板
１３：駆動体の一部としてのＭＥＭＳ
１４：駆動体の一部としてのＭＥＭＳ基板
１５ａ：気泡溜めとしての気泡用空洞部
１６：接続封止層
１７−１：入力側光ファイバ列
１７−２：透過出力側光ファイバ列
１７−３：反射出力側光ファイバ列
１８：光導波路
１９：スリット
２０：液体
２１：光学板としての減衰板
２３：ＭＥＭＳとＭＥＭＳ基板からなる駆動体
２４：光導波路層と光導波路基板からなる光導波体
２５：光導波体２４の表面に形成された気泡溜め
２６：気泡
３１：メタルマスク
３２：孔
３３：フォトレジスト
３４：紫外線
３５：ブラスト粒子
５０：従来の液体封止型光装置
５１：光導波路層
５２：光導波路基板
５３：Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＭＥＭＳ）
５４：ＭＥＭＳ基板
５５：光導波路層５１とＭＥＭＳ５３に挟まれた空間
５６：接続封止層
５７−１：入力側光ファイバ列
５７−２：透過出力側光ファイバ列
５７−３：反射出力側光ファイバ列
５８：光導波路
５９：スリット
６０：可動ミラー
【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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