(57)【要約】【課題】  環境温度の変化に関らず、挿入損失及び反射戻り光の発生を抑制して、常に光の経路を効率的に切り替え可能な光スイッチの組み立て作業を容易にする。【解決手段】  ベース１９と、ベースの上に設けられた入力側導波路チップ２及び出力側導波路チップ４と、入力側導波路チップの上に設けられた入力側シリコンブロック３と、出力側導波路チップの上に設けられた出力側シリコンブロック５とを有し、入力側導波路チップと出力側導波路チップとが互いに面する端面は、ベースの表面に垂直な方向に対して0度よりも大きい角度を有し、入力側シリコンブロック及び出力側シリコンブロックは、入力側導波路チップと出力側導波路チップとの隙間におけるベースの表面に垂直な方向には設けられない構成の光スイッチとすることにより、スイッチの組み立ての際に、入力側導波路チップと出力側導波路チップとの間の隙間を上方から観察することを可能にして、光スイッチの組み立て作業を容易にする。【選択図】  図４
2005107552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、該ベースの上に設けられた入力側導波路チップ及び出力側導波路チップと、前記入力側導波路チップの上に設けられた入力側シリコンブロックと、前記出力側導波路チップの上に設けられた出力側シリコンブロックとを有し、
前記入力側導波路チップと前記出力側導波路チップとが互いに面する端面は、前記ベースの表面に垂直な方向に対して0度よりも大きい角度を有し、
前記入力側シリコンブロック及び前記出力側シリコンブロックは、前記入力側導波路チップと前記出力側導波路チップとの隙間における前記ベースの表面に垂直な方向には設けられないことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
請求項１において、前記出力側シリコンブロックの前記入力側導波路チップに面する端面は、前記ベースの表面に垂直な方向に対して0度よりも大きい角度を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
請求項1又は2において、前記入力側導波路チップ又は前記出力側導波路チップの一方を前記入力側導波路チップ又は前記出力側導波路チップの光軸に略直角な方向に移動させる移動手段を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
ベースを用意する第１の工程と、該ベース上に入力側導波路チップを設ける第２の工程と、該ベース上に出力導波路チップを設ける第３の工程と、前記入力側導波路チップの上に入力側シリコンブロックを設ける第４の工程と、前記出力側導波路チップの上に出力側シリコンブロックを設ける第５の工程と、前記入力側導波路チップと前記出力側導波路チップとが互いに面する端面を、前記ベースの表面に垂直な方向に対して０度よりも大きい角度に形成する第６の工程とを有し、
前記第４及び第５の工程において、前記入力側シリコンブロック及び前記出力側シリコンブロックが、前記入力側導波路チップと前記出力側導波路チップとの隙間における前記ベースの表面に垂直な方向には設けられないようにすることを特徴とする導波路製造方法。
【請求項５】
請求項４において、前記第５の工程で、前記出力側シリコンブロックの前記入力側導波路チップ側に面する端面を、前記ベースの表面に垂直な方向に対して０度よりも大きい角度に形成することを特徴とする導波路製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５において、前記入力側導波路チップ又は前記出力側導波路チップの一方を前記入力側導波路チップ又は前記出力側導波路チップの光軸に略直角な方向に移動させる移動手段を設ける第７の工程を有することを特徴とする導波路製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信において、光信号の経路を切り替える光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ、光導波路、導光コア等の導光媒体により伝送される光信号の伝搬経路を切り替えるために、例えば特許文献１に記載されているような光スイッチを使用することが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の光スイッチは、一本の可動光ファイバの端面と、複数の固定光ファイバの各端面とを対向配置し、可動光ファイバの軸線を複数の固定光ファイバのうちの所望のファイバの軸線に整列させるために、該可動光ファイバをその軸線と直角な方向に偏倚させる構成を有する。この光スイッチでは、可動光ファイバの端面及び固定光ファイバの端面は互いに平行であり、且つ光軸（軸線）に対し傾斜している。また、光ファイバ端面から出る光が、屈折率の差（光ファイバのコアの屈折率と空気の屈折率との差）により屈折し、光軸から逸れ、可動光ファイバから出た光が固定光ファイバに効率的に入射しなくなることを防止するために、光ファイバの端面間の隙間に、光ファイバのコアの屈折率に近い屈折率を有する液体（以下、屈折率整合剤と呼ぶ）を充填している。
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−１０９９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の光スイッチでは、屈折率整合剤の使用が不可欠であるが、環境温度の変化に伴い、屈折率整合剤の屈折率も変化するため、挿入損失、反射戻り光が増加するという問題がある。更に、低温時には、屈折率整合剤の粘性が増加し、光スイッチの切り替えに要する時間が長くなったりあるいは切り替えが困難になるなど、正常に動作しなくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、環境温度の変化に関らず正常に動作し、挿入損失及び反射戻り光の発生を抑制して、常に光の経路を効率的に切り替え可能な光スイッチの組み立て作業を容易にすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の光スイッチは、ベースと、該ベースの上に設けられた入力側導波路チップ及び出力側導波路チップと、前記入力側導波路チップの上に設けられた入力側シリコンブロックと、前記出力側導波路チップの上に設けられた出力側シリコンブロックとを有し、前記入力側導波路チップと前記出力側導波路チップとが互いに面する端面は、前記ベースの表面に垂直な方向に対して0度よりも大きい角度を有し、前記入力側シリコンブロック及び前記出力側シリコンブロックは、前記入力側導波路チップと前記出力側導波路チップとの隙間における前記ベースの表面に垂直な方向には設けられないことを特徴とする。
【０００８】
このように構成することにより、本発明の光スイッチを組み立てる際、入力側導波路チップと出力側導波路チップとの間の隙間を上方から観察することが可能であり、光スイッチの組み立て作業が容易になる。
【０００９】
この場合において、出力側シリコンブロックの入力側導波路チップに面する端面も、ベースの表面に垂直な方向に対して0度よりも大きい角度を有するものとすることにより、光スイッチの組み立て作業を一層容易にすることができる。
【００１０】
本発明の光スイッチの導波路は、ベースを用意する第１の工程と、該ベース上に入力側導波路チップを設ける第２の工程と、該ベース上に出力導波路チップを設ける第３の工程と、前記入力側導波路チップの上に入力側シリコンブロックを設ける第４の工程と、前記出力側導波路チップの上に出力側シリコンブロックを設ける第５の工程と、前記入力側導波路チップと前記出力側導波路チップとが互いに面する端面を、前記ベースの表面に垂直な方向に対して０度よりも大きい角度に形成する第６の工程とを有し、前記第４及び第５の工程において、前記入力側シリコンブロック及び前記出力側シリコンブロックが、前記入力側導波路チップと前記出力側導波路チップとの隙間における前記ベースの表面に垂直な方向には設けられないようにすることによって製造することができる。
【００１１】
また、第５の工程で、出力側シリコンブロックの入力側導波路チップ側に面する端面を、ベースの表面に垂直な方向に対して０度よりも大きい角度に形成することができる。また、入力側導波路チップ又は出力側導波路チップの一方を入力側導波路チップ又は出力側導波路チップの光軸に略直角な方向に移動させる移動手段を設ける第７の工程を有することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、環境温度の変化に関らず正常に動作し、挿入損失及び反射戻り光の発生を抑制して、常に光の経路を効率的に切り替え可能な光スイッチの組み立て作業を容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に本発明の光スイッチの一実施形態の光スイッチの構成を示す。同図において、１は入力側の光ファイバブロック、２は入力側の導波路チップ、３は単結晶シリコンブロック、４は出力側の導波路チップ、５は単結晶シリコンブロック、６は単結晶フェライトブロック、７は出力側の光ファイバブロック、８は出力側の光ファイバ押さえブロック、９及び１２は一対のサイドヨーク、１０はトップヨーク、１１は永久磁石、１３はブリッジヨーク、１４はコイル、１５及び１６はスペーサ、１７は入力側の光ファイバ、１８ａ、１８ｂは出力側の光ファイバ、１９はベースである。
【００１４】
光ファイバ１７を固定する光ファイバブロック１と、一本の導光コアが形成された導波路チップ２とは、導光コアと光ファイバの光軸が整列するように調芯され、ベース１９上に固定配置されている。
【００１５】
互いに平行な二本の導光コアが形成された出力側の導波路チップ４と、二本の光ファイバ１８ａ、１８ｂを固定する光ファイバブロック７とは、二本の導光コアと二本の光ファイバの二つの光軸がそれぞれ整列するように調芯され、ベース１９上に可動に配置されている。光ファイバ１８ａ、１８ｂはベース１９の端部に固定された光ファイバ押さえブロック８により固定されている。
【００１６】
出力側の導波路チップ４は、二つのサイドヨーク９、１２、トップヨーク１０、永久磁石１１、ブリッジヨーク１３、及びコイル１４から構成される電磁アクチュエータにより、光軸に垂直な方向に移動可能であり、これにより入力側の光ファイバ１７の軸と、出力側の導波路チップ４の二つの導光コアの軸のいずれか一方を選択的に切り替えて整列させることができる。
【００１７】
電磁アクチュエータによる切り替えの際、光導波路チップ４の二つのコアを精密に位置決めするために、位置決め用の直径２５０μｍの二本のピンを用いている。これらのピンのそれぞれは、導波路チップ２上面接着固定された単結晶シリコンブロック３に異方性湿式エッチングにより形成されたＶ溝と、導波路チップ４上面に接着固定された単結晶シリコンブロック５に異方性湿式エッチングにより形成された断面形状が台形の摺動溝内に位置するように配置される。
【００１８】
図５により該ピンをより詳細に説明する。同図において、３２ａ及び３２ｂはピン、３３ａ及び３３ｂはシリコンブロック５に形成された摺動溝、３４ａ及び３４ｂはシリコンブロック３に形成された溝、３０は入力側の導光コア、３１ａ及び３１ｂは出力側の導光コアである。ピン３２ａは、固定ブロック３に形成された溝３４ａから可動ブロック５に形成された摺動溝３３ａに伸びるように配置され、ピン３２ｂは、固定ブロック３に形成された溝３４ｂから可動ブロック５に形成された摺動溝３３ｂに伸びるように配置される。ピン３２ａ及び３２ｂは溝３４ａ及び３４ｂ内にそれぞれ接着固定され、一方、これらのピンは摺動溝３４ａ及び３４ｂ内ではそれぞれ摺動可能である。
【００１９】
図６に導波路チップ４及びシリコンブロック５の出力側のファイバ１８側から見た断面を示す。この図で、ブロック５及び導波路チップ４が電磁アクチュエータの作用により右側に偏倚した状態では、実線で示されるようにピン３２ａ及び３２ｂの左側の面が摺動溝３３ａ及び３３ｂの左側の面にそれぞれ当接することにより位置決めされる。ブロック５及び導波路チップ４が電磁アクチュエータの作用により左側に偏倚した状態では、点線で示されるようにピン３２ａ及び３２ｂの右側の面は摺動溝３３ａ及び３３ｂの右側の面にそれぞれ当接することにより位置決めされる。
【００２０】
次に、電磁アクチュエータの動作について説明する。図１において、出力側の導波路チップ４が矢印Ａで表される方向に切り替えられていると仮定する。この状態では、永久磁石１１により発生した磁束は、永久磁石１１→ブリッジヨーク１３→サイドヨーク９→単結晶フェライトブロック６→トップヨーク１０→永久磁石１１の磁路を流れ、フェライトブロック６はサイドヨーク９側に磁力により引き付けられている。従って、コイル１４に電流を流さなくても、チップ４及びブロック５はフェライトブロック６と共に矢印Ａ側の位置に保持される。
【００２１】
チップ４及びブロック５を矢印Ｂ側の位置に切り替えるには、サイドヨーク９のコイル１４に上記磁路内の磁束を弱めるような方向の電流を流し、一方、サイドヨーク１２の不図示のコイルに、後出の別の磁路内の磁束を強める方向の電流を流す。これによりフェライトブロック６がサイドヨーク１２側に磁力により引き付けられ、チップ４及びブロック５はフェライトブロック６と共に矢印Ｂ側の位置に移動する。この状態では、永久磁石１１→ブリッジヨーク１３→サイドヨーク１２→単結晶フェライトブロック６→トップヨーク１０→永久磁石１１の別の磁路が形成され、コイルに電流を流さなくともチップ４及びブロック５はフェライトブロック６と共に矢印Ｂ側の位置に保持される。
【００２２】
図２は、上記の実施形態の光スイッチの電磁アクチュエータを除いた上面図である。入力側の光ファイバ１７と導光コア３０は調芯され、固定されている。導光コアの端面に対向して二本の導光コア３１ａ及び３１ｂが配置されている。この二本の導光コアは、それぞれの切り替え位置で、導光コア３０と整列し効率的に光の受け渡しを行うことができる。
【００２３】
出力側の光ファイバブロック５に保持されている出力側の光ファイバ１８ａ及び１８ｂは、導光コア３１ａ及び３１ｂにそれぞれ調芯されている。導光コア３１ａ及び３１ｂの間の先端における間隔は光ファイバ１８ａ及び１８ｂの配列ピッチより小さいので、光スイッチの切り替えストロークは小さく、数十μｍの値にすることができる。また、導光コア３１ａと３１ｂとの間隔を光ファイバ１８ａ及び１８ｂに近づくにつれて広げることにより、コアと光ファイバとの接続が容易になる。
【００２４】
シリコンブロック３の長さを導波路チップ２よりも僅かに短くして、該チップ２の表面の一部を露出させている。これは、ピン３２ａ及び３２ｂをブロック３に形成された溝内に接着固定する際、溝からはみ出した接着剤が導波路チップ２と導波路チップ４の間の隙間に流れ込み固着することを防止するため、溝から流れ出した余分の接着剤を溜めるためのスペースである。
【００２５】
次に図３を参照して、上記実施形態の光スイッチにおける入力側導光コアと出力側導光コアの端面付近の配置関係を説明する。同図において、４０及び４３はクラッド、４１及び４４はコア、４２及び４５は基板、４６ａ、４６ｂ、４６ｃは光の伝搬方向を示す矢印、４７及び４８は斜め研磨された導光コア端面である。図中、左側からコア４１内を矢印４６ａの方向に進んできた光は、端面４７から空気中に出射する際、コア４１の屈折率と空気の屈折率の差により屈折し、矢印４６ｂの方向に進む。一般にコア４１の屈折率は空気の屈折率（ほぼ１）より大きいので、その端面から出射する光は上方に屈折する。従って、コア４４はこの上方に屈折した光を受け取るためにコア４１の上方に配置される。コア４１の光軸とコア４４の光軸の間のオフセット量をΔｙ、端面４７と端面４８との間の距離をｚ、該端面に垂直な線と光軸とがなす角度（研磨角度）をθ、矢印４６ｂで表される空気中を伝搬する光の進行方向とコア４１の光軸とがなす角度をφ、コア４１及び４４の屈折率をｃ１、空気の屈折率をｃ０とするとき、
ｃ１・ｓｉｎθ＝ｃ０・ｓｉｎ（θ＋φ）
Δｙ＝ｚ・ｔａｎφ
が成立する。
【００２６】
ｃ０＝１とすると、これらの式からオフセット量Δｙは次式で表すことができる。
Δｙ＝ｚ・ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｃ１ｓｉｎθ）-θ）
クラッド４０の厚さをｄ１、クラッド４３の厚さをｄ２とするとき、ｄ１をｄ２よりも上記オフセット量Δｙだけ大きくしておけば、クラッド４０及び４３の表面を同一平面に位置させることにより、コア４１及び４４の光軸を容易に必要な量Δｙだけ高精度にオフセットさせることができる。
【００２７】
図４は、上記実施形態の光スイッチの電磁アクチュエータを除いた正面図である。入力側の導波路チップ２は、出力側の導波路チップ４より、上記したオフセット量だけ低い位置に配置されている。ベース１９の中央部は両端部に比べ薄くなっており、これにより、チップ４及び光ファイバブロック７とベース１９の表面との間に隙間ができ、切り替えの際、チップ４及びブロック７はベース１９の表面から摩擦力を受けることなく移動することができる。
【００２８】
また、同図に示されるように、出力側のシリコンブロック５及び導波路チップ４の入力側の導波路チップ２に面する方の端面は、ベース１９表面に垂直な方向に対し角度を有するように斜めに研磨されている。これは、光スイッチの組み立ての際、導波路チップ２と導波路チップ４との間の隙間を上方から観察することを可能にするためでありこれにより、光スイッチの組み立て作業が容易になる。
【００２９】
上述したように、本実施形態によれば、環境温度の変化に関らず正常に動作し、挿入損失及び反射戻り光の発生を抑制して、常に光の経路を効率的に切り替え可能な光スイッチを提供できる。また、その光スイッチの組み立て作業を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態の光スイッチの構造を説明する斜視図である。
【図２】図１の光スイッチの電磁アクチュエータを除いた上面図である。
【図３】図１の光スイッチの入力側及び出力側の導光コア端面の配置関係を説明する図である。
【図４】図１の光スイッチの電磁アクチュエータを除いた正面図である。
【図５】図１の光スイッチの位置決め用ピンの構成を説明する図である。
【図６】図１の光スイッチの出力側導波路チップ部分の断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１：入力側の光ファイバブロック
２：入力側の導波路チップ
３、５：単結晶シリコンブロック
４：出力側の導波路チップ
６：単結晶フェライトブロック
７：出力側の光ファイバブロック
８：出力側の光ファイバ押さえブロック
９、１２：サイドヨーク
１０：トップヨーク
１１：永久磁石
１３：ブリッジヨーク
１４：コイル
１５、１６：スペーサ
１７：入力側光ファイバ
１８ａ、１８ｂ：出力側光ファイバ
１９：ベース
３０：入力側導光コア
３１ａ、３１ｂ：出力側導光コア
３２ａ、３２ｂ：ピン
４０、４３：クラッド
４１、４４：コア
４２、４５：基板
【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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