(57)【要約】【課題】制御の自由度が高く、小型で、信頼性に富んだ光素子を実現する。【解決手段】光導波路の一部を静電吸引力によって垂直方向に撓ませることで、屈折率に変化を与えるように構成した。【選択図】      図１
2004294964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路の一部を静電吸引力によって垂直方向に撓ませることで、屈折率に変化を与えることを特徴とする光素子。
【請求項２】
基板上に形成された光導波路と、前記光導波路とは所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極と、からなり、前記電極と導波路間に電圧を印加して前記電極と導波路間に静電吸引力を発生させ、前記導波路の屈折率を変化させたことを特徴とする光素子
【請求項３】
前記電極と導波路間に印加する電圧を制御して前記静電吸引力変化させ、前記導波路の屈折率を変化させたことを特徴とする請求項２記載の光素子。
【請求項４】
基板上に形成された光導波路と、前記光導波路とは所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極と、ｎ個の入射手段とｎ個の出射手段と、からなり、前記複数の電極は、前記ｎ個の入出射手段からの延長線がクロスする光導波路のクロスポイントに形成されており、任意の入射手段へ入射した光が、前記複数の電極の中の任意の電極に印加する電圧を制御して、静電吸引力を変化させることにより、任意の出射手段から光を出射するように構成したことを特徴とする光素子。
【請求項５】
基板上に形成された光導波路と、前記光導波路とは所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極と、多重光が入射する少なくとも１個の入射手段と、複数の出射手段と、前記入射手段の後段に配置されたマイクロプリズムと、からなり、前記入射手段へ入射した光が、前記複数の電極に印加する電圧を制御して静電吸引力を変化させることにより、任意の出射手段から波長分割された光を出射するように構成したことを特徴とする光素子。
【請求項６】
光導波路に入射させる光位置あるいは光ビームのスポット径を制御することによって、入射した光の行路を制御するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光素子。
【請求項７】
任意の入射手段から任意の出射手段に選択的に光出射を得るために、最適制御を実現するためのアルゴリズム機能を用いたことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の光素子。
【請求項８】
前記基板としてＰｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等の膜を堆積させたＳｉ基板、導波路としてポリイミドを用いたことを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、将来の高速光通信の光ルータ等に用いて好適な光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図  は従来の高速光通信の光ルータ等に用いられている光素子（光スイッチ）の要部構成を示す平面図である。
図において、２０は正方形状に形成された例えばＳｉ基板であり、この基板の左辺には入力ポートが設けられ、光ファイバおよびコリメータレンズからなるｎ（図では７）個の入射手段２１ａ〜２１ｇがアレイ状に配置されている。
また、この基板の下辺には出力ポートが設けられ、同様の光ファイバおよびコリメータレンズからなるｎ（図では７）個の出射手段２２ａ〜２２ｇがアレイ状に配置されている。
【０００３】
２３ａ〜２３ｇは光軸に対して垂直に立てられたマイクロミラーで、入射手段２１ａ〜２１ｇから出射した光がこれらのマイクロミラーで反射して出力ポートに配置された出射手段２２ａ〜２０ｇに出射するように配置されている。
【０００４】
【従来技術の問題点】
ところで、上述の従来の光スイッチでは、光の進行方向を変えるために、あらかじめ用意された入射側、および出射側に存在するｎ個の入出射手段（セルフォティックレンズ付光ファイバ−）に対して、ｎ×ｎ個の２次元ミラ−を構成する必要がある。しかしながら、このような構成においては次のような問題点があった。
【０００５】
１）２次元ミラ−にするためには、２次元平面状に作製されたミラ−を、ピンセット等である角度で立てる必要があり、かつこの作業をｎ×ｎ個のミラ−について実施するため、作製工数、及び素子としての信頼性にかける。
【０００６】
２）ミラ−角度が固定であることから、任意の位置の出射手段から光を出射できない
本発明は上記の問題点を同時に満足しうる光素子を実現することを目的とする。
なお、静電吸引力を用いて光導波路を変位させて光の進行方向をきり替える先行技術としては以下のようなものがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−１６０７５０号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２０００−１９９８７０号公報
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光素子においては、
光導波路の一部を静電吸引力によって垂直方向に撓ませることで、屈折率に変化を与えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の光素子においては、
基板上に形成された光導波路と、前記光導波路とは所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極と、からなり、前記電極と導波路間に電圧を印加して前記電極と導波路間に静電吸引力を発生させ、前記導波路の屈折率を変化させたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３においては、請求項２記載の光素子において、
前記電極と導波路間に印加する電圧を制御して前記静電吸引力変化させ、前記導波路の屈折率を変化させたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の光素子においては、
基板上に形成された光導波路と、前記光導波路とは所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極と、ｎ個の入射手段とｎ個の出射手段と、からなり、前記複数の電極は、前記ｎ個の入出射手段からの延長線がクロスする光導波路のクロスポイントに形成されており、任意の入射手段へ入射した光が、前記複数の電極の中の任意の電極に印加する電圧を制御して静電吸引力を変化させることにより、任意の出射手段から光を出射するように構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項５においては、
基板上に形成された光導波路と、前記光導波路とは所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極と、多重光が入射する少なくとも１個の入射手段と、複数の出射手段と、前記入射手段の後段に配置されたマイクロプリズムと、からなり、前記入射手段へ入射した光が、前記複数の電極に印加する電圧を制御して静電吸引力を変化させることにより任意の出射手段から波長分割された光を出射するように構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項６においては、請求項１〜５のいずれかに記載の光素子において、
光導波路に入射させる光位置あるいは光ビームのスポット径を制御することによって、入射した光の行路を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７においては、請求項４〜６のいずれかに記載の光素子において、
任意の入射手段から任意の出射手段に選択的に光出射を得るために、最適制御を実現するためのアルゴリズム機能を用いたことを特徴とする。
【００１６】
請求項８においては、請求項２乃至６のいずれかに記載の光素子において、前記基板としてＰｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等の膜を堆積させたＳｉ基板、導波路としてポリイミドを用いたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る光素子の実施形態の一例について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態の一例を示す要部平面図、図２は図１の一部を拡大して示す断面図である。これらの図において図４に示す従来例と同一要素には同一符号を付している。１は複数の微細空間２が形成されたＳｉ基板であり、この空間２は下部電極３が設けられたガラス４が取り付けられて密閉されている。
【００１８】
また、基板１には酸化膜１ｂ、窒化膜１ｃ、酸化膜１ｂ、ポリイミド１ａが順次積層されている。５ａはポリイミド１ａ上に形成された上部電極パッド、５ｂは下部電極３に接続するように形成された下部電極パッドである。ここで、ポリイミド１ａは光導波路として機能する。
【００１９】
上述の構成において、上部、下部電極に電圧を印加することにより静電吸引力Ｐが働き、撓みＴが生じるようになっている。
【００２０】
この静電吸引力Ｐによって微細空間２の上の光導波路１ａの縦方向の位置と、電圧が印加されない部分の光導波路の縦方向との位置にギャップが生じると、屈折率の差が生まれることから、２次元平面内で光導波路１ａ内を通過する光の進行方向が変わる。進行方向の制御は電極３に印加する電圧の大きさや光導波路１ａへのビームの入射位置又は光の径を制御することによって行なう。
【００２１】
この空間２と電極３は入射手段２１ａ〜２１ｇおよび出射手段２２ａ〜２２ｇから延長されたクロスポイントにそれぞれｎ個形成されており、入射する光の中心に対して空間（図示の例では円）２の中心は適当にずれた位置に配置されているものとする（なお、光は平面状に形成された光導波路を直進するように一定方向に偏向されている）。
【００２２】
上述の構成において、任意の位置の入射手段２１へ入った光は、２次元平面内の光導波路内を直進するが、クロスポイントに存在する電極３に電極パッド５を介して電圧を印加すると光導波路１ａとの間に静電吸引力Ｐが生じる。その結果、光導波路１ａの縦方向に撓みＴが発生し屈折率の差が生まれることから２次元平面内で光の進行方向が変わる。この光の進行方向は加える電圧の大きさに応じて変化する。
【００２３】
従って、ｎ個の入射出射手段に対して、ｎ×ｎ個の微細孔を配置して、任意の位置の電極に対して適切なアルゴリズムを使って電圧を加えて静電吸引力を最適制御することで、入射手段からの光を、任意の出射手段に高速で、損失なく光を導くことができる。
【００２４】
図３（ａ〜ｆ）は図１，図２に示す光素子の製作工程を示す要部断面図である。工程に従って説明する。
工程ａにおいて、Ｓｉ基板１の一方の面に酸化膜１ｂ、、窒化膜１ｃ、酸化膜１ｂ、ポリイミド１ａを順次積層する。また、他方の面にも酸化膜を形成して、この酸化膜の一部を除去してマスク１０を形成する。
工程ｂにおいて、マスク１０が形成された面をヒドラジンなどのエッチング液を用いて穴２ａを形成する。
工程ｃにおいて、穴２ａを形成した側を機械研磨や同等の手段を用いて除去し、穴の深さを調整する。
工程ｄにおいて、電極３ｂが形成されたガラス４を作製する。
工程ｅにおいて、工程ｄで作製したガラス４の電極３ｂ側を陽極接合などを用いて穴２ａが形成された側の基板１に貼付する。
工程ｆにおいて、上部電極パッド５ａを穴２の近傍に形成するとともに、電極３ｂに接続させて下部電極パッド５ｂを形成する。
なお、微小空間２の厚さｔは数μｍ，空間の直径ｋは数１００μｍ程度である。
【００２５】
図４は請求項５に関する実施形態の一例を示す要部平面図である。図１と同一要素には同一符号を付している。この実施例において入射ポート側には一つの入射手段２１ａが配置され、後段にプリズム３０が配置されており、入射手段にはλ１〜λｎの異なる波長を有する光が入射する（図では２種類の波長の光が２方向に分岐した状態を示している）。
【００２６】
上記の構成において、入射手段から出射した光はプリズムに入射してプリズムのもつ波長分散効果で波長ごとに分光される。プリズムから出射した光は基板１上に形成された光導波路１ａに入射して直進するが、光導波路と所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極３に印加する電圧を制御して静電吸引力を変化させ、光導波路の屈折率を変化させることにより任意の出射手段から光を出射することができる。図ではイで示す光が４−３の電極と５−４で示す電極で屈折し２２ｄで示す出射手段に入射し、ロで示す光が５−５で示す電極で屈折し２２ｃで示す出射手段に入射してい
る状態を示している。
【００２７】
本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。例えば本実施例では電極の形状は円形として説明したが三角や楕円でもよい。
特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【００２８】
【発明の効果】
以上実施例とともに具体的に説明した様に本発明によれば、
光導波路の一部を静電吸引力によって垂直方向に撓ませることで、屈折率に変化を与えるようにし、
また、基板上に形成された光導波路と、その光導波路とは所定の空間を隔てて対向して形成された複数の電極と、ｎ個の入射手段とｎ個の出射手段とを備え、複数の電極を、ｎ個の入出射手段からの延長線がクロスする光導波路のクロスポイントに形成し、任意の入射手段へ入射した光が、複数の電極の中の任意の電極に印加する電圧を制御して静電吸引力を変化させ、また、光導波路への光の入射位置や光の径を制御することにより任意の出射手段から光を出射するように構成したので、制御の自由度が高く、小型で、信頼性に富んだ光スイッチが実現できる。
【００２９】
また、多重光をマイクロプリズムにより分光して光導波路に導入し、クロスポイント上にある静電吸引力の大きさを制御するようにしたので、ある限定された波長帯域の光を望む任意の出力ポートから出力することができる。
また、光スイッチの応答性や自由度を高めるために、アルゴリズムによる最適化処理機能を持たせれば、例えば通信量変動、通信障害に対応するフレキシビティに富んだ光スイッチを実現することができる。
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光素子の実施形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１の一部断面図である。
【図３】本発明の光素子の製作工程を示す断面図である。
【図４】他の実施形態を示す平面図である。
【符号の説明】
１      基板
１ａ    光導波路
１ｂ    酸化膜
１ｃ    窒化膜
２      微細空間（穴）
３      電極
４      ガラス
５      電極パッド
１０    マスク
２１    入射手段
２２    出射手段
３０    プリズム
【図１】
2004294964.tif 000003
【図２】
2004294964.tif 000004
【図３】
2004294964.tif 000005
【図４】
2004294964.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成15年5月26日(2003.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の高速光通信の光ルータ等に用いられている光素子（光スイッチ）の要部構成を示す平面図である。
図において、２０は正方形状に形成された例えばＳｉ基板であり、この基板の左辺には入力ポートが設けられ、光ファイバおよびコリメータレンズからなるｎ（図では７）個の入射手段２１ａ〜２１ｇがアレイ状に配置されている。
また、この基板の下辺には出力ポートが設けられ、同様の光ファイバおよびコリメータレンズからなるｎ（図では７）個の出射手段２２ａ〜２２ｇがアレイ状に配置されている。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光素子の実施形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１の一部断面図である。
【図３】本発明の光素子の製作工程を示す断面図である。
【図４】他の実施形態を示す平面図である。
【図５】従来の光素子（光スイッチ）の要部構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１      基板
１ａ    光導波路
１ｂ    酸化膜
１ｃ    窒化膜
２      微細空間（穴）
３      電極
４      ガラス
５      電極パッド
１０    マスク
２１    入射手段
２２    出射手段
３０    プリズム


【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図５】
2004294964.tif 000007