(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレンチと交差する第１の導波路セグメントを含む、第１の表面に設けられた少なくとも２つの導波路セグメントを備えた導波路基板と、
十分に泡を形成するために前記トレンチ内の液体を加熱するように配置されたヒータと、
前記トレンチからの前記泡の横方向への膨張又は運動を可能にする表面特徴であって、前記表面特徴を越える前記横方向への膨張又は運動を規制する前記表面特徴と、
を備え、
前記液体が前記トレンチと前記第１の導波路セグメントとの境界面にあるときに、前記第１の導波路セグメントから光が伝搬するような屈折率を有する前記液体を前記トレンチに有し、
前記泡は前記トレンチ内で長手方向にかつ前記トレンチから横方向に膨張するためのスペースを有し、
前記表面特徴の存在により、前記ヒータを動作させたときに前記境界面に前記泡を維持することに関する安定性を提供するようにした光スイッチであって、
前記ヒータが配置されたヒータ基板がさらに設けられ、このヒータ基板に前記導波路基板が接続されており、前記ヒータ基板及び導波路基板が前記トレンチと隣接する範囲において互いに間隔を置いて設けられ、前記表面特徴が前記互いに間隔を置いた範囲への前記泡の前記横方向への膨張又は運動に対する部分的な障壁を含んでいること、
を特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に光スイッチに関し、さらに特定すれば、光スイッチ内の気泡の幾何学的構造及び配置により、光スイッチの安定性を促進するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信ネットワークにおける信号転送は、ますます光信号通信を利用して行われるようになり、情報はレーザ発生光を変調して交換されている。光伝送のために光を発生しかつ変調するための装置は、延長された距離にわたって光信号を伝送するためのケーブルのように容易に利用することができる。しかしながら、信号強さを本質的に犠牲とせずに光信号のスイッチングを行うことについて関心がある。
【０００３】
光信号をスイッチングする１つの技術は、本発明の譲受人に譲受されたフォウクエト(Fouquet)他の特許文献１に記載されている。特許文献１の記載に基づく絶縁された光スイッチは、図１に示されている。光スイッチ１０は、基板上にパターン形成された層により形成されている。基板上の導波路層は、選択的な下側クラッド層１４、光コア１６、及び図示しない上側クラッド層により形成されている。光コアは、主として所望の屈折率を達成するための材料をドーピングした二酸化珪素で形成されている。クラッド層は、コア材料と著しく相違した屈折率を有する材料から形成されているので、光信号はコアに沿って導かれる。導波路の実効的な屈折率は、コア材料及びクラッド層の材料の屈折率によって決まる。コア材料の層は、１対の入力導波路２０，２４及び１対の出力導波路２２，２６を定義する導波路セグメントにパターン形成されている。下側クラッド層１４の上にコア材料が形成された後に、上側クラッド層がブランケット堆積される。トレンチ２８は、クラッド層及びコア材料内にエッチングされている。トレンチ２８には、導波路の実効位相率に実質的に整合する屈折率を有する液体が供給されている。液体が導波路に整列したとき、信号は、実効的にトレンチを通って伝搬される。したがって、入力導波路２０からの信号は、整列した出力導波路２６から出力されるが、一方入力導波路２４からの信号は、整列した出力導波路２２を介して出力されることになる。
【０００４】
第１の入力導波路２０及び第２の出力導波路２２は、結果として全反射（ＴＩＲ）を生じる入射角で、トレンチ２８の側壁の近くにおいて交差する軸線を有している。気泡３０が２つの軸線が交差する点に存在すると、屈折率の不整合は、ＴＩＲを引起こし、その際、入力導波路２０に沿った入力信号は、第２の出力導波路２２に反射される。しかしながら、第２の入力導波路２４は、導波路の光軸の不整列が光接続を妨げるので、出力導波路２２，２６のどちらにも光学的に接続されていないことになる。
【０００５】
特許文献１には、伝達状態と反射状態との間において、光スイッチ１０をスイッチングするための複数の代替実施例が記載されている。伝達状態において、トレンチ２８内における液体は、導波路２０，２２，２４，２６に整列した全範囲を満たしている。２つの状態の間をスイッチングするための１つの方法としては、液体含有トレンチ２８内における気泡３０の形成を制御するためのマイクロヒータ３８を設けることにある。マイクロヒータ３８が屈折率整合液内に気泡３０を形成するために十分な高い温度に上げられると、気泡３０は、理想的にはトレンチ２８のそれぞれの導波路及び側壁の間の境界面の全体にわたって形成されることになる。この理想的な状況において、少量の光だけがトレンチ２８内に漏れる。
【０００６】
導波路２０，２２，２４，２６とトレンチ２８の境界面に沿って理想的な状態を得るための問題としては、気泡３０が多くの不安定な影響を受けていることにある。トレンチ側壁に対して偏平化された気泡３０によって覆われた表面範囲が、図１における導波路２０，２２のような交差する導波路の光範囲の横方向への延びを完全に囲むために十分である場合、反射は安定な最大値にある。しかしながら光範囲の完全な横方向への延びを下回るなんらかの減少は、光損失を引起こすことになる。おそらくそれ以上に重要なことは、減少した範囲におけるなんらかの変化が、反射光信号に対応する変化を引き起こすということである。それ故に、トレンチ２８内に気泡３０を閉じ込めて十分に大きな寸法の気泡３０を維持する方法は、光の反射の安定性を改善し、かつ光スイッチ１０の動作の安定性の１つの重要な側面を改善する。
【０００７】
このような動作安定性を提供する１つの方法として、境界面全体にわたって気泡３０を発生させ、かつ維持させるために十分な熱電力を引き渡すために、光スイッチ１０のマイクロヒータ３８への電力を増大させるものがある。しかしながら、この解決策は、電力の取扱いが光スイッチ１０の大きなアレイを制約するので、できるかぎり最小の電力消費レベルで動作するアレイが望ましく、制限された魅力(limited appeal)を有する。別の方法としては、気泡３０を発生されるマイクロヒータ３８の形及び寸法に関連して気泡３０が保持されるようなトレンチ２８の形及び寸法を適当に設計することがある。前記した特許文献１において、トレンチ２８は、マイクロヒータ３８の反対側において下方に延びている。したがって、Ｖ字形の切断部がトレンチ２８に整列してマイクロヒータ基板にエッチングされている。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第５，６９９，４６２号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
トレンチの下方への延長は、ヒータにおいて流体が沸騰しかつ気泡の頂上において凝縮し、動的な平衡を促進することによって気泡の安定性が増加するようになる。この方法は、安定性を改善するが、その代わりの又はそれに加える技術が望まれることになる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
液体含有トレンチ内の気泡の位置に基づく反射効率を有する光スイッチの特性の安定性は、トレンチと隣接する間隔に液体が流れることができるようにすることによって高められ、同時にトレンチ及び隣接する間隔のいずれか又は両方に対して相対的に気泡が移動するのを制御する。表面特徴は、トレンチ内における気泡の位置を調整するために、意図的に変更させられる。光スイッチは伝達状態にすることができ、この状態において、液体及び導波路は類似の屈折率を有するので、光信号は導波路からトレンチ内の液体に効率的に伝達されることになる。光スイッチは反射状態にすることもでき、この状態において、トレンチと導波路との境界面に気泡が形成され、その結果として、光信号は反射されることになる。隣接する間隔は、マイクロヒータの起動によって気泡が発生したときに、容積の膨張に適応するが、意図的に変更した表面特徴は、導波路とトレンチの境界面に対して相対的な気泡の位置を規制するように設計されている。
【００１１】
トレンチに隣接する間隔は、一般にトレンチに対して垂直に設けることができる。典型的には、間隔はヒータ基板に導波路基板を接続したときに、自然に又は意図的に形成される。スイッチネットワークにおいて、ヒータ基板は、スイッチのアレイにおけるそれぞれの光スイッチ毎に１つのマイクロヒータが設けられている。導波路基板は、それぞれの光スイッチ毎に、１つの液体含有トレンチ及び２つ又はそれ以上の導波路が設けられている。スイッチに対する光導波路の結合は、スイッチの入力導波路に整列した液体の有無に依存している。２つの基板を接続した結果として生じる隣接する間隔の形成に対する代案として、層をエッチングするような別の技術を利用することによって、容積膨張に適応する隣接間隔を設けることができる。
【００１２】
１つの実施例において、気泡の位置を規制するために意図的に変更させた表面特徴は、隣接する間隔へ気泡が移動又は膨張するのを部分的に妨害するために高くした障壁である。例えば、高くした障壁はヒータ基板における材料、さらには誘電体材料の堆積又は成長によって得られる部分的な障壁であってもよい。１つの応用例として、障壁は、マイクロヒータの両方の対向する側において隣接する間隔内に配置されているが、マイクロヒータの別の２つの側においてトレンチ内に存在する部分に設けてもよい。したがって、気泡の位置の横方向への規制を与えることに加えて、障壁材料は、トレンチの長さに沿った長手方向への規制を与えることができる。光スイッチの製造プロセスの間に、障壁材料の提供及びパターン形成のステップを組み込むことは、トレンチに隣接する間隔へ気泡が横方向に膨張するのを長期間にわたって減少させ（表面エネルギーの変化を介して）又は完全に防止（物理的な阻止によって）するために支払うべき比較的わずかな代償である。
【００１３】
関連する実施例において、表面の形状は、気泡と光スイッチの構造部との間で接触するための目標境界線に沿って変更される。典型的には、表面の形状はトレンチ内における屈折率整合液による化学的な侵食から金属マイクロヒータを保護するために、マイクロヒータ上にブランケット堆積された誘電体層のように、マイクロヒータの後ろに形成された表面に沿って変更させられている。しかしながら、接触する目標境界線に沿った表面の形状は、誘電体層以外の層に対して、又はヒータ基板以外の基板に対して変更してもよい。表面の形状の変更は、目標接触線に沿って気泡を“拘束する”ために利用することができる。したがって、気泡が２つの基板の間の間隔内において横方向に“膨張する”場合でも、気泡はトレンチと入力導波路との間の境界面におけるトレンチ側壁に対して適当な位置に置かれることになる。表面の形状の変更は、局所的な凹所でもよく、又は局所的に高くした領域でもよい。高くした領域によって表面の形状の変更が与えられる場合、材料は低い熱伝導率を有しているので、この材料の低い表面温度により、それ以上に気泡が横方向に広がるのを防止することができる。
【００１４】
第３の実施例において、意図的に変更させた表面特徴は、マイクロヒータの意図した位置に対応するマイクロヒータ基板の領域から基板材料を取り除き、かつこれらの領域に誘電体材料を堆積することによって提供される。例えば、誘電体材料は断熱をするためにマイクロヒータの反対側の下に又はこれに続いて形成されてもよく、それによりマイクロヒータ基板内の熱損失を減少させる。しかしながら、誘電体材料を追加することは、熱伝導率に関して所望の突然の遷移を提供する実質的に垂直な側壁を提供するように、基板材料が取り除かれる場合に、重要性が減少される。気泡への熱の引渡しを改善することによって、必要な電力を増加することなく、気泡の寸法を大きくすることができる。
【００１５】
さらに別の実施例において、補助トレンチが主トレンチの近くに形成されている。主トレンチの一方又は両方の側部における補助トレンチは、導波路基板又はヒータ基板に形成することができる。補助トレンチの縁部は、補助トレンチを越えて気泡が横方向に膨張し又は移動することを防止するように、表面エネルギーバランスを変化させる。補助トレンチは、屈折率整合液によっても満たされており、かつ液体は基板材料（例えばシリカ）よりも低い熱伝導率を有しているので、補助トレンチは、光スイッチの“熱い”交差点からの熱損失障壁を得ることができる。その結果、１つ又は複数の補助トレンチは、熱により発生され、かつ維持される気泡の寸法及び位置の両方を維持することを助けることができる。
【００１６】
第５の実施例として、トレンチ壁及び間隔壁のいずれか又は両方は、壁の湿潤性を変化するように処理されている。したがって、導波路基板及びヒータ基板の表面のうちの一方又は両方は、屈折率整合液に対して本質的に相違した湿潤性を有するパターン形成されたフィルムを設けることができる。表面の湿潤性を変化させることによって、気泡の境界面に作用する毛管力が増加する。このように実効的な毛管力を変化することによって、閉じ込められた気泡の安定性を増強することができる。
【００１７】
基板と基板との間隔の壁に沿った所望の表面の湿潤性は、一方又は両方の基板における追加したフィルムにパターン形成することによって得ることができる。１つの例として、金は、トレンチの近くに堆積させることができる。その下にある材料（例えば酸化シリコン）に対する相対的な湿潤性の違いは、酸化シリコン表面上における有機機能化されたオルトケイ酸塩、又はクロロシランの選択的な自己アセンブリーによって、又は金表面上におけるアルカンチオールの選択的な自己アセンブリーを介して誘起することができる。特定の補助群は、フッ化された長鎖炭化水素クロロシラン、及びフッ化された長鎖アルカンチオールである。トレンチの壁の表面処理は、気泡が形成されるときに、導波路とトレンチとの境界面の乾燥を促進するように設計することができるので、液体残留物は、反射特性にほとんど影響しない。トレンチ側壁及び基板表面両方の一般的な処理は考慮されるが、結果としては、すべての表面の間で類似の特性となっている。しかしながら、間隔表面だけを処理し、トレンチ側壁だけを処理し、又は間隔表面とトレンチ側壁を異なって処理することには、有利な点が存在する。
【００１８】
別の可能性としては、気泡を形成する際に、液体に熱をさらに効率的に伝達する毛管作用を促進して、マイクロヒータの上の表面を変化させることにある。金属網、焼結させた金属、またはその他の多孔性の薄層は、マイクロヒータに向かって流体を引っ張る毛管孔を設けるために、ヒータ領域の頂上に形成される。典型的には気泡が形成された後に、気泡の頂上において連続的に凝縮され、及びマイクロヒータの縁部に沿って連続的に蒸発する。マイクロヒータの大部分が液体と接触するように維持することにより、光スイッチは、マイクロヒータの縁部だけで蒸発させるよりも、むしろ必要な場合に蒸発する能力を増強させるように構成されている。したがって気泡の安定性は高められる。マイクロヒータを非作動化したときに、熱の消散を促進するために、この多孔性のカバー層に冷却フィンを加えてもよい。
【００１９】
本発明の１つの利点は、気泡の安定性が改善されることにある。その結果、光スイッチの光学特性が改善される。別の利点としては、高められた安定性が光スイッチの又は光スイッチが部材であるスイッチアレイの動作電力要求を増加することなく達成されることにある。追加的な処理ステップが必要であるが、この追加的なステップは、複雑でもなくてコストもかからない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図２及び図３には、光スイッチ４０が、図１を引用して説明した多くの特徴を備えた状態で示されている。光スイッチ４０には、４つの導波路セグメント(waveguide segment)が設けられており、これらは、第１及び第２の入力導波路４２，４４、及び第１及び第２の出力導波路４６，４８と称されている。単純化した図面では明らかではないが、導波路は上側及び下側クラッド層内における囲まれたコア材料によって普通に形成されているので、光がコア材料に沿って導かれるようになっている。
【００２１】
それぞれの導波路４２，４４，４６，４８の端部は、液体含有トレンチ５０と交差している。光スイッチ４０は、気泡５２が導波路に隣接するトレンチ５０の領域に形成されているので、反射状態で示されている。導波路の間の光結合(optical coupling)は、この交差する点における局所的な光学特性に依存している。導波路４２に沿った入力信号は、図２に示すように配置された気泡５２によって、トレンチ５０の側壁において屈折率の不整合(mismatch)が生じる。その結果、光信号は、第２の導波路４８内に反射されることになる。光スイッチ４０が反射状態である場合に、光スイッチ４０が最善の特性を有するためには、トレンチ５０の側壁における導波路４２，４４，４６，４８の入射角は、全反射（ＴＩＲ）のために必要とされる臨界角よりも大きくする必要がある。しかしながら、トレンチ５０内の液体は、導波路とトレンチ５０内の液体との間を光信号が自由に伝搬するように、導波路を形成する際に利用されるコア材料の屈折率と十分に近い屈折率を有している。したがって、気泡５２を凝縮することができ、かつ交差する点の領域内において液体が流れている場合に、第１の入力導波路４２は、第１の出力導波路４６と結合され、第２の入力導波路４４は、第２の出力導波路４８と結合される。
【００２２】
前述したように、光スイッチ４０の特性は、トレンチ５０と導波路４２，４４，４６，４８の境界面における相対的な気泡５２の位置によって影響を受ける。トレンチ側壁と対向する気泡５２の表面積が、交差する導波路の光学場(optical fields)の横方向への延びを完全に包囲する場合、反射は安定な最大値となる。しかしながら、光学場のこの完全な横方向への延びより下にいくらか減少すると、いくらかの光損失を引起こす。さらに、気泡５２がその位置において不安定である場合、スイッチの反射特性も不安定である。図２及び図３において、気泡５２及びスイッチ特性を安定化させるために、光スイッチ４０内に表面特徴が組み込まれている。後続の図を引用してその他のタイプの表面特徴を説明する。
【００２３】
図３においてもっとも良好に示すように、光スイッチ４０は、導波路基板５４及びヒータ基板５６から形成されている。２つの基板は、互いに結合されているが、トレンチ５０に隣接する領域に沿って互いに分離されている。その結果、２つの基板５４，５６の間には、間隔５８が形成されていることになる。この間隔５８を有する利点は、気泡形成及び気泡崩壊によって引起こされるあらゆる容積の膨張にこの間隔５８が適応することにある。しかしながら、容積の変化に適応することは好ましいが、この適応は気泡５２の安定性に不利な影響を及ぼさないようにする必要がある。図２及び図３の実施例において、気泡５２を形成するためのマイクロヒータ６８の異なった各側には、高くした障壁６０，６２，６４，６６が形成されている。横方向の障壁６０，６２は、トレンチ５０に隣接して間隔５８内に配置されている。したがって、一層長い２つの障壁は、隣接する間隔５８の内部へ気泡５２が横方向に膨張するのを抑制している。気泡５２の“長手方向への抑制”は、端部障壁６４，６６によって提供される。気泡５２のその長さよりわずかだけ大きいようにトレンチ５０が形成されている場合、これらの障壁は、トレンチ５０内に設けられているように示されているが、端部障壁６４，６６は、隣接する間隔５８の内部にあってもよい。
【００２４】
障壁６０，６２，６４，６６は、ヒータ基板５６上に誘電体層を堆積し又は大きくすることによって形成することができる。フォトリソグラフィー技術を利用して形成することができるが、その他の従来の方法を利用してもよい。障壁の寸法は微妙ではないので、緩和した製造公差に許容することができる。障壁を形成するために可能な材料は、二酸化珪素であるが、その他の材料に置き換えてもよい。
【００２５】
図２及び図３に示す障壁６０，６２，６４，６６に利用できる多数の代案が存在する。例えば、ヒータ基板５６上に形成するのではなく、障壁は導波路基板５４上に形成してもよい。その他の代案として、障壁の厚さは、両方の基板５４，５６に接触するように増加してもよいので、障壁は、隣接する間隔５８の内部へ気泡５２が横方向に膨張するのを単に減少させる（表面エネルギーの変化によって）のではなく、気泡５２の横方向の膨張を防止している（物理的な阻止によって）。別の変形例として、障壁はセグメント化してもよい。これは、図４に示されており、気泡５２の横方向への膨張を抑制するために、マイクロヒータ６８の長手方向にマイクロヒータ６８と対向するそれぞれに３つのセグメント７０，７２，７４を設け、かつ長手方向の気泡５２の膨張を制御するために、マイクロヒータ６８の短い方の側に２つのセグメント７６，７８を設けている。
【００２６】
図５及び図６に、光スイッチの気泡安定性、特性及び熱安定性を提供するための第２の方法を示している。この方法において、表面の形状を意図的に変更させることは、気泡５２と光スイッチの構造部との間で接触する目標境界線に沿った表面の変更として実現されている。マイクロヒータ６８の縁部又はマイクロヒータ６８の縁部の少なくとも近くに表面の変化を形成することは有益と考えられる。しかしながら、表面の変更は、導波路の端部を含む壁と気泡５２の接触する目標境界線に沿って、又は導波路基板５４の頂上壁と気泡５２の接触する目標境界線に沿っていてもよい。表面形状の変更は、目標接触線に沿って気泡５２を“拘束する(pins)”ものである。図５において、表面特徴が誘電体層８４における局部的な凹所８０，８２として示されている。誘電体層８４は、屈折率整合流体(index-matching fluid)である化学品から金属製のマイクロヒータ６８を保護するためにしばしば利用されるものであってもよい。局部的な凹所８０，８２は、凹所８０，８２の幾何学的構造が主な論点ではないので、通常のフォトリソグラフィー技術を利用して形成された等方性の又は異方性のピットであってもよい。
【００２７】
図６において、凹所は高くした領域８６，８８に置き換えられている。高くした領域８６，８８は、図５の局所的な凹所８０，８２と同様に機能している。気泡５２の横方向の広がりを防止し、高くした領域８６，８８を形成するために利用される材料は、低い熱伝導率であることが必要である。誘電体材料のフォトリソグラフィーのパターン形成には、光スイッチを形成するためにきわめてわずかしかコストを増加させないで、かつ複雑なプロセスの追加を必要としない。
【００２８】
気泡５２が、２つの基板５４，５６の間の間隔５８内に横方向に“膨張する”場合でも、気泡５２は、トレンチ５０と導波路（これらは図５又は図６に示されていない）との間の境界面においてトレンチ５０の側壁に対して適当な位置にある。凹所８０，８２、又は高くした領域８６，８８は、マイクロヒータ６８の全体の回りに延びていることもでき、それにより長手方向の安定性及び横方向の安定性を付与している。
【００２９】
図７には、別の実施例が平面図で示されており、第１の入力導波路４２及び第２の出力導波路４８だけが図示されている。この実施例において、意図的に変更させた表面特徴としては、ヒータ基板５６の表面における誘電体を充填した空胴９０，９２を設けたことである。誘電体を充填した空胴９０，９２には、追加的に断熱部が設けられ、ヒータ基板５６の内への熱の損失を減少させている。その結果、気泡５２への熱の伝達が著しく改善されている。熱伝導状態における突然の遷移(abrupt transition)は、要求される結果を提供し、このように実質的に垂直な空胴９０，９２の壁を形成することは有益である。実質的に垂直な壁を有する空胴を形成するための１つの利用可能な方法としては、ボッシュプロセス(Bosch process)と称し、この方法は、真空及びプラズマエッチング（乾燥エッチング）技術を利用するものである。空胴９０，９２の垂直な壁によって提供される熱力学における突然の遷移によって、誘電体充填材料を追加することはあまり重要でなくなる。したがって領域９０，９２は、いくつかの実施例において空胴であってもよい。
【００３０】
図７の平面図において、誘電体を充填した空胴９０，９２は、ヒータ基板５６に沿った導電経路９４の曲率に従う２つの誘電体領域９０，９２として示されている。導電経路９４は、マイクロヒータ６８にアクチュエータ電流を供給する軌跡である。導電経路９４は、光スイッチのヒータ基板５６の通常の部品である。マイクロヒータ６８は、その下にある導電経路９４に接続されているので、マイクロヒータ６８は、導電経路９４を介して電流が供給され、作動及び非作動にすることができる。
【００３１】
ヒータ基板５６はシリコンから形成することができ、このシリコンは、誘電体（ときには真空）領域９０，９２を適応するためのパターンとしてエッチングされている。誘電体材料は、基板材料に対して相対的に低い熱伝導率を有している。したがって、マイクロヒータ６８からの熱は、基板と基板との間隔５８の内の横方向へ気泡５２を膨張させるパターン内にほとんど供給されない。誘電体材料は、二酸化珪素を使用することができ、又は基板材料より著しく低い熱伝導率を有しかつ非導電性のその他のなんらかの材料を使用することができる。
【００３２】
図８は、本発明の別の実施例を示している。この実施例において、主トレンチ５０に隣接して補助トレンチ９６，９８が形成されている。補助トレンチ９６，９８の縁部は、気泡５２の横方向の膨張を禁止するように、表面エネルギーバランスを変化させるものである。さらに、補助トレンチ９６，９８は、スイッチがその伝達状態にあるときに、屈折率整合液によって満たされているので、かつ屈折率整合液は、基板材料（例えばシリカ又はシリコン）より低い熱伝導率を有しているので、補助トレンチ９６，９８は、光スイッチの加熱された導波路が交差する点からの熱損失に対する障壁として提供される。故に、補助トレンチ９６，９８は、熱により発生し、かつ維持される気泡５２の寸法及び位置を維持することを助けることができる。
【００３３】
補助トレンチ９６，９８は、導波路基板５４の表面における誘電体層１００内に形成されるものとして示されている。しかしながら補助トレンチ９６，９８は、基板材料自体に形成してもよい。導波路基板５４における補助トレンチ９６，９８の代わりとして又はそれに加えて、補助トレンチ９６，９８は、ヒータ基板５６に形成してもよい。ヒータ基板５６に補助トレンチ９６，９８を形成する利点としては、主トレンチ５０の横方向の縁部に、一層近い位置に整列させてトレンチを形成することができることにある。
【００３４】
図９の実施例において、導波路基板５４及びヒータ基板５６の表面における追加される層１０２，１０４は、基板と基板との間隔５８における所望の表面特徴を有している。層１０２，１０４は、間隔５８における目標表面の湿潤性を提供するように設計されている。湿潤性は、間隔５８の内の液体と気泡５２の境界面における毛管力に影響を及ぼしている。したがって気泡５２とそれぞれの層との間の入射角は、一層予想可能でかつ安定するものとなる。図９に示すように、間隔５８内への膨張は、トレンチ５０の頂上における残りの屈折率整合液の膨張とは著しく異なった入射角を有する。毛管作用は、層の端部に向かって追加される層１０２，１０４の表面に沿って“クリープを生じる”ように、間隔５８内における液体に力を誘起する。
【００３５】
１つの実施例において、追加される層１０２，１０４は、トレンチ５０に近い範囲内にだけ存在するように２つの基板５４，５６にパターン形成されている。層の選択は、その下にある層に対して相対的に流体に対して本質的に異なった湿潤性を提供するようになっている。図９において、下にある層は、二酸化珪素層１０６，１０８とすることができ、かつ追加される層１０２，１０４は、金で形成することができる。他方において“追加的な”層は、二酸化珪素の材料の処理剤とすることができる。例えば、基板５４，５６がシリコン酸化膜を有するシリカ基板である場合、湿潤性の相違は、シリコン酸化膜の表面上への有機的に機能化されたオルトケイ酸塩又はクロロシランの選択的な自己アセンブリーによって誘起することができる。目標の湿潤性の特性を達成する特定の補助群は、フッ化された長い連鎖原子を含む炭化水素クロロシランで形成されている。追加される層が金で形成されている実施例において、金表面上のアルカンチオールの選択的な自己アセンブリーは、目標の湿潤性特性を提供することができる。特定の受け入れ可能な補助群は、フッ化された長い連鎖原子を含むアルカンチオールで形成されている。選択的に屈折率整合流体は、流体の屈折率に著しい影響を及ぼさないが、流体が層を侵食するおそれを減少させる添加物を含んでいる。別の可能な層材料として、追加される層は、フッ化されたポリマーのようなポリマーであることができる。
【００３６】
図１０によれば、追加される層１０２，１０４の追加又は代替として、トレンチ５０と１つの導波路との境界面によって形成される光学窓に沿って残りの液体が残る可能性を減少させるために、トレンチ５０は、疎水性のフィルム１１０によって覆うことができる。その屈折率整合特性が、全反射を提供しようとする気泡含有トレンチ５０内の短い距離にわたって入力信号が侵入することを可能にしているので、残った液体は、光スイッチの特性に不利な影響を及ぼすことがある。残留物の形は、残留物と気泡５２との境界面における誘起される反射に影響を及ぼす。疎水性のフィルム１１０は、光学窓に沿って液が残留する可能性を減少させる。フィルム１１０は、フッ化されたポリマー（例えばＰＴＦＥ）のようなポリマーから形成することができる。添加物は、ぬれ防止をさらに促進するために屈折率整合液に導入することができる。
【００３７】
図１０の疎水性のフィルム１１０は、基板と基板との間隔５８内における気泡５２の膨張を制御するために、前述の技術を用いることなく利用されるものとして示されているが、フィルム１１０は、好ましくは少なくとももう１つの方法とともに使用される。例えば追加される層１０２，１０４は、疎水性のフィルム１１０と同じ材料を用いて形成することができる。しかしながら、層１０２，１０４は望ましくは分離して形成されているので、層１０２，１０４及びフィルム１１０は、それらの分離した目標を達成するために個別的に仕立てることができる。同様に気泡５２を拘束するための種々の方法を組合せることができる。１つの例として、毛管力を増加させるために、層１０２，１０４を利用することは、図５の方法と組合せることができ、気泡５２の制御を行うために、マイクロヒータ６８の縁部またはその近くに局所的な凹所８０，８２を形成している。
【００３８】
気泡５２の安定性を向上させる別の方法が、図１１及び図１２に示されている。毛管孔１１８及び冷却フィン１１６を設けるために、薄い層１１４が形成されている。この層１１４は、誘電体層１１２によってマイクロヒータ６８から距離をおいて示されているが、その他の配置も可能である。薄い層１１４は、金属網、焼結させた金属、又は毛管力によってマイクロヒータ６８に向かって流体を引っ張るように構成されたその他の多孔性の薄層として形成することができる。その意図は、液体と接触するヒータ領域の部分を増加させることにあり、それにより必要な場合には、蒸発させるためマイクロヒータ６８の能力を増加する。従来の構造において、蒸発するのは、気泡５２が形成され始めた後に、ヒータ領域の縁部に限定されていた。気泡５２の安定性は、広い範囲で蒸発させるためにヒータ領域に向かって液体を引き付けることによって高められる。冷却フィン１１６は、マイクロヒータ６８を非作動化したときに、熱の消散を促進する。
【００３９】
１つの選択として、毛管力を誘起するように構成された薄い層１１４は、金を用いて形成することができる。金の薄層１１４は、誘電体層１１２上に電気めっきすることができ、かつ通常のフォトリソグラフィー技術を利用してエッチングすることができる。しかしながら本発明から外れることなく、その他の材料及びその他の堆積及びパターン形成の方法を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術による全反射を利用する光スイッチの平面図である。
【図２】本発明による気泡位置決め表面特徴を有する光スイッチの平面図である。
【図３】線３−３に沿った図２の光スイッチの側面断面図である。
【図４】図２及び図３の気泡位置決め表面特徴の代案適用の平面図である。
【図５】第２の実施例の１つの適用による光スイッチのトレンチ領域の側面断面図である。
【図６】第２の実施例の第２の適用による光スイッチのトレンチ領域の側面断面図である。
【図７】第３の実施例による光スイッチのトレンチ領域の平面図である。
【図８】第４の実施例による光スイッチのトレンチ領域の側面断面図である。
【図９】第５の実施例による光スイッチのトレンチ領域の側面断面図である。
【図１０】トレンチの壁に疎水性のフィルムを有する光スイッチのトレンチ領域の側面断面図である。
【図１１】第６の実施例による光スイッチのトレンチ領域の側面断面図である。
【図１２】図１１の実施例の平面図である。
【符号の説明】
４２  光導波路
４４  光導波路
５０  液体含有トレンチ
５２  気泡
５４  基板
５６  基板
５８  間隔
６０、６２、６４、６６、７０、７２、７４、７６、７８、８０、８２、８６、８８、９０、９２、９６、９８、１０２、１０４、１１０、１１４  表面特徴
６８  マイクロヒータ
１１８  開口
【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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