專利名稱：光開關(guān)、其制造方法及光通訊設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用在光通訊領(lǐng)域的波導(dǎo)型光開關(guān)，尤其涉及一種體積小，適于遠(yuǎn)程控制的波導(dǎo)型光開關(guān)。
在日本專利公報No.6-148536中公開的一種1×2光開關(guān)是屬于傳統(tǒng)的波導(dǎo)型光開關(guān)。這種1×2光開關(guān)在硅襯底上形成有一個懸臂梁，其用途是借助靜電力通過移動一個在懸臂梁上形成的光波導(dǎo)來完成光路切換。
在上述光開關(guān)中，未考慮下面幾點(diǎn)首先，使用靜電力所需的驅(qū)動電壓至少要高達(dá)幾十伏以上，并且用于光開關(guān)的單懸臂梁結(jié)構(gòu)在光切換操作時要與平移運(yùn)動的同時轉(zhuǎn)動波導(dǎo)的尖端，這往往造成光入射平面和出射平面不平行，從而導(dǎo)致介入損耗增加。此外，襯底是采用硅制作，因此如果用石英玻璃做為光波導(dǎo)的材料，由于兩個元件之間線膨脹系數(shù)不同，波導(dǎo)可能被扭曲或破裂。
本發(fā)明的目的是解決上述問題，并提供一個可以由10伏或更小的電壓驅(qū)動的波導(dǎo)型光開關(guān)，而且其介入損耗小，成本低。
為了實(shí)現(xiàn)這一目的，根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)開關(guān)包括一個石英玻璃襯底；多個在石英玻璃襯底上制作的相互平行且其尖端同連接元件相連的懸臂梁；懸臂梁上至少制作一個輸入石英玻璃光波導(dǎo)芯；多個同輸入石英玻璃光波導(dǎo)芯相對安裝的輸出光波導(dǎo)芯；以及用來彎曲懸臂梁的開關(guān)驅(qū)動裝置。
進(jìn)一步，本發(fā)明提供光開關(guān)用來切換輸入光信號的光路，它包括一個石英玻璃襯底，一個制作在石英玻璃襯底上的分隔層，多個制作在分隔層上彼此相互平行且其尖端同連接元件相連的懸臂梁，懸臂梁上至少制作一個輸入石英玻璃光波導(dǎo)芯，多個同輸入石英玻璃光波導(dǎo)芯相對安裝的輸出光波導(dǎo)芯；以及用來彎曲懸臂梁的開關(guān)驅(qū)動裝置。
分隔層的厚度小于輸入光波導(dǎo)芯的高度，并且當(dāng)執(zhí)行光路開關(guān)操作時，至少一個連接元件或襯底上那些被設(shè)置成將與連接元件接觸的元件在連接元件移動的方向上設(shè)置有凹槽。
開關(guān)驅(qū)動裝置包括安裝在連接元件上作用于懸臂梁的軟磁體以及安裝在襯底上的軟磁體，以及一個電磁致動器，該電磁致動器包括一個安裝在襯底上由軟磁體構(gòu)成的的軟磁軛，以及一個永久磁鐵，和一個線圈。
軟磁軛分成為由軟磁體構(gòu)成的一個內(nèi)軛和由軟磁體構(gòu)成的一個外軛，外軛同內(nèi)軛通過一個蓋板相對設(shè)置，蓋板上有一個插入孔供注入折射率調(diào)節(jié)液使用。
據(jù)此設(shè)計，當(dāng)執(zhí)行一個光路開關(guān)操作時，相互平行并且其尖端同連接元件連接的多個懸臂梁就會發(fā)揮作用而使其尖端平行移動。
因此，在執(zhí)行光路開關(guān)操作時，安裝在懸臂梁上的光波導(dǎo)的尖端部分也可相互平行移動。光波導(dǎo)的這種平行移動使得可以選擇輸出光波導(dǎo)從而進(jìn)行光路切換。
在本發(fā)明中，石英玻璃光波導(dǎo)是制作在石英玻璃襯底上，這可以使襯底和光波導(dǎo)層之間的線膨脹系數(shù)的差異極小，所以有可能防止襯底和連接元件翹曲和變形，從而將出射和入射側(cè)的光波導(dǎo)精確地定位。
在本發(fā)明中，在整個或部分石英玻璃襯底上提供的分隔層可以通過腐蝕去掉，所此很容易在短時間內(nèi)獲得與襯底分離的移動懸臂梁。
在本發(fā)明中，一個固定在襯底上的施壓元件跨過至少一個懸臂梁尖端，所以懸臂梁不可能在垂直方向上與襯底分離。
在本發(fā)明中，用于蓋住整個懸臂梁的蓋板可以讓折射率調(diào)節(jié)液注入到懸臂梁周圍及其鄰近區(qū)域，這就可以消除會妨礙開關(guān)操作的粘結(jié)異物的可能性，從而可以實(shí)現(xiàn)高可靠性的開關(guān)操作。
在本發(fā)明中，分隔層的厚度小于光波導(dǎo)的高度，因此在去除分隔層之后，即使存在等于石英玻璃襯底與懸臂梁之間間隙的位置差，各對向光波導(dǎo)的端部之間也不會彼此完全錯開，從而可以保持光耦合。因此，甚至在懸臂梁由于外界干擾而偏離的情況下，也可以防止光耦合效率劇減。
在本發(fā)明中，當(dāng)執(zhí)行光路開關(guān)操作時，至少一個連接元件或襯底上那些被設(shè)置成將與連接元件接觸的元件在連接元件移動的方向上設(shè)置有凹槽，借此可將接觸面積限制為很小。另外，可以防止折射率調(diào)節(jié)液進(jìn)入連接元件和襯底上的上述元件相接觸的部分而在其間形成間隙。
在本發(fā)明中，磁力由制作在連接元件上的用于懸臂梁的軟磁體和位于襯底上方的軟磁體，線圈和永久磁鐵產(chǎn)生，并可以用來使懸臂梁變形，借此切換在懸臂梁上形成的光波導(dǎo)。
進(jìn)一步，在本發(fā)明中，由軟磁體制作并構(gòu)成部分磁回路的軟磁軛可以分成為一個安裝在襯底上的由軟磁體構(gòu)成的內(nèi)軛，以及一個隔著蓋板和內(nèi)軛相對而設(shè)置的由軟磁體構(gòu)成的外軛，所以可以僅將內(nèi)軛設(shè)置在蓋住整個懸臂梁的蓋板的內(nèi)部，并在蓋板外部設(shè)置外軛。據(jù)此設(shè)計，線圈和永久磁鐵不放在蓋板內(nèi)部，所以蓋板尺寸可以減小，并且還可以減少由永久磁鐵和線圈可能產(chǎn)生的異物，從而可以防止線圈同懸臂梁及其周圍部位粘結(jié)。
結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)描述后，將可了解本發(fā)明其它的目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是一個局部透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)型2回路1×2光開關(guān)的一個實(shí)施例；圖2是一個截面圖，示出用于驅(qū)動根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)型2回路1×2光開關(guān)的致動器；圖3是一個平面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)型2回路1×2光開關(guān)的第二種實(shí)施例；圖4是一個概略斷面圖，示出懸臂梁從一個石英玻璃襯底上分離的加工過程；圖5是一個局部透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)型2回路1×2光開關(guān)的第三種實(shí)施例的；圖6是圖2中的波導(dǎo)型2回路1×2光開關(guān)的斷面圖；圖7是一個局部透視圖，示出封裝在封盒中的光開關(guān)；圖8是一個平面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)型光開關(guān)應(yīng)用于一個2×2的光開關(guān)的實(shí)施例；圖9是一個圖表，示出圖8中的2×2光開關(guān)的切換狀態(tài)與光耦合狀態(tài)的關(guān)系；以及圖10是一個方框圖，示出根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)型光開關(guān)應(yīng)用于一個光通訊設(shè)備的實(shí)施例。
參考圖1，圖中示出根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)型2回路1×2光開關(guān)的一個實(shí)施例的局部截面透視圖。在該實(shí)施例中，在石英玻璃襯底15上隔著分隔層14制作一個石英玻璃波導(dǎo)層13?？蓜庸獠▽?dǎo)2分別制作在懸臂梁3a和3b上。在懸臂梁3a和3b的自由端制作一個連接元件4，而在連接元件4的上表面上制作一個軟磁薄膜5。在石英波導(dǎo)層13上與連接元件4正相對的位置上制作軟磁內(nèi)軛12a、12b、12c和12d。驅(qū)動部分包括線圈6a和6b、軟磁外軛7a和7b和永久磁鐵8a隔著石英玻璃蓋16設(shè)置在內(nèi)軛12a、12b、12c、12d的上方。多個固定光波導(dǎo)10制作在上述可動光波導(dǎo)2的自由端10上，它們之間的距離依可動光波導(dǎo)2的運(yùn)動量而定。借助施壓元件11可以防止可動光波導(dǎo)2的自由端滑動。石英玻璃蓋16上有一個折射率調(diào)節(jié)液注入口17，所以用來放置前述懸臂梁的槽內(nèi)就可以注入折射率調(diào)節(jié)液。本實(shí)施例中的光開關(guān)設(shè)計成使輸入光纖1可以與可動光波導(dǎo)2的輸入端連接，而輸出光纖9可以同固定光波導(dǎo)10的輸出端連接。
現(xiàn)在，描述上述光開關(guān)的操作過程。
從輸入光纖1進(jìn)入的光束傳輸至懸臂梁3a和3b上的可動光波導(dǎo)2上。懸臂梁3a和3b下面的分隔層14已被去掉，并且懸臂梁3a和3b的尖端也同連接元件4相連，所以當(dāng)懸臂梁3a和3b在石英玻璃襯底15上移動時彼此可保持平行。在連接元件4上制作有軟磁體薄膜5。同樣，在石英玻璃波導(dǎo)層13上同軟磁薄膜5相對端制作軟磁內(nèi)軛12a、12b、12c和12d。外軛7a和7b、永久磁鐵8a以及線圈6a和6b構(gòu)成了一個電磁致動器，該電磁致動器位于內(nèi)軛12a和12b的上方，石英玻璃蓋夾在它們中間。線圈6a和6b由一個電源供電(未示出)。電壓可以設(shè)定在3伏至10伏之間。
在圖1中，雖然只示出在內(nèi)軛12a和12b上的電磁致動器，但是內(nèi)軛12c和12d上還有一個類似的電磁致動器。在圖1中，為了更好地理解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，軟磁薄膜5的一部分，石英玻璃蓋16的一部分以及另一個電磁致動器已經(jīng)去掉。如果流經(jīng)線圈6a和6b的電流方向改變，由永久磁鐵8a產(chǎn)生的穿過外軛7a和7b以及內(nèi)軛12a和12而作用在軟磁薄膜5上的的磁力就會增加或減小，從而實(shí)現(xiàn)對連接元件4上各懸臂梁尖端的磁力吸引或釋放。用這種方法即可操作內(nèi)軛12a和12b上的電磁致動器。用類似的方法也可以操作內(nèi)軛12c和12d上方的另一個電磁致動器(未示出)。因此，可動光波導(dǎo)2可以在兩個固定的光波導(dǎo)10中進(jìn)行切換。圖中雖然未示出，但折射率調(diào)節(jié)液是經(jīng)過在石英玻璃蓋16上的一個折射率調(diào)節(jié)液注入口17注入并填充光開關(guān)部分，借此可以減少光開關(guān)內(nèi)的反射損失或散射損失。
此外，在圖1中設(shè)置有兩個輸入光纖1，并且總共4個輸出光纖9與每一個光纖1各有兩個相連。如果對一個輸入的光纖1配備2個輸出光纖9，就構(gòu)成了一個1×2的光開關(guān)。同樣，懸臂梁的數(shù)量也可以是2或更多，例如，如果設(shè)置12個懸臂梁3(其上設(shè)有輸入光纖1)，就可以構(gòu)成一個12回路連鎖1×2光開關(guān)。
圖2示出一個用于驅(qū)動根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)型2回路1×2光開關(guān)的致動器，此圖是沿圖1中的II-II線所取的截面圖。
如圖2所示，軟磁內(nèi)軛12a和12b制作在石英玻璃波導(dǎo)層13上。在外軛7a和7b、永久磁鐵8a及線圈6a和6b同內(nèi)軛之間夾著一層石英玻璃蓋。雖然外軛7a和7b同內(nèi)軛被石英玻璃蓋分開，但外軛7a和7b同內(nèi)軛12a和12b的對向區(qū)域面積大于外軛7a和內(nèi)軛12a或外軛7b和內(nèi)軛12b之間的縫隙，所以可以傳輸足夠用于切換操作所需的磁力。在圖2中，內(nèi)軛12a和石英玻璃蓋16之間、內(nèi)軛12b和石英玻璃蓋16之間也有縫隙，但是它們也可彼此相互接觸不留縫隙，于是流經(jīng)線圈6a和6b用來產(chǎn)生切換操作所需力的電流就可以減小。
然而，在這種情況下，為了使石英玻璃蓋16下表面與內(nèi)軛12a和12b的高度平齊，需要設(shè)法保證內(nèi)軛12a和12b以及石英玻璃蓋16在加工和裝配精度上的高精度。線圈6a和6b彼此互聯(lián)，所以它們是使用一根導(dǎo)線繞制而成。如果電流流過線圈6a和6b各接線端，就會在在一個由外軛7a和7b以及永久磁鐵8a所組成的磁回路中產(chǎn)生同向磁場。如果磁場被永久磁鐵8a所增強(qiáng)，則強(qiáng)大的磁力就會作用在內(nèi)軛12a和12b上。反之，如果磁場和永久磁鐵8彼此抵銷，則內(nèi)軛12a和12b上幾乎無磁力作用。那就是說，如果改變電流方向，就可以將上述磁回路用作電磁致動器，用來進(jìn)行磁致吸引操作和非磁致吸引即釋放操作。在圖2中，內(nèi)軛12a和12b與石英玻璃16之間的間隙中充有折射率調(diào)節(jié)液。
圖3示出的是根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)型2回路1×2光開關(guān)的一個實(shí)施例的一個俯視平面圖，其中的蓋板和光纖已經(jīng)去掉。
標(biāo)號2a和2b表示可動光波導(dǎo)。在可動光波導(dǎo)2a的一側(cè)裝了一個永久磁鐵8a。固定光波導(dǎo)由標(biāo)號10a、10b、10c和10d表示。線圈6c和6d裝在可動光波導(dǎo)2b的一邊。外軛7c和7d安裝在可動光波導(dǎo)2b的一側(cè)。標(biāo)號8b和42分別表示安裝在可動光纖2b一側(cè)上的永久磁鐵和凹槽。
如果流經(jīng)線圈6a和6b的電流是在增強(qiáng)永久磁鐵8a通過外軛7a和7b以及內(nèi)軛12a和12b以磁力吸引軟磁薄膜5的磁力的方向，并且經(jīng)線圈6c和6d流過的電流是在削弱永久磁鐵8a通過外軛7c和7d以及內(nèi)軛12c和12d以磁力吸引一個軟磁薄膜5的磁力的方向(以下稱之為A方向)，則懸臂梁3a和3b將受到永久磁鐵8a的磁力吸引而移向它，如實(shí)線所示。結(jié)果，可動光波導(dǎo)2a和2b同固定光波導(dǎo)10a和10c分別連接。另一方面，如果經(jīng)線圈6a、6b、6c和6d流過的電流是在相反的方向(以下稱之為B方向)，則施加到軟磁薄膜5上的力的方向?qū)⒎崔D(zhuǎn)，而懸臂梁3a和3b的移動將如虛線所示。結(jié)果，可動光波導(dǎo)2a和2b同固定光波導(dǎo)10b和10d分別連接。
這樣，利用上述設(shè)計可實(shí)現(xiàn)光路切換。由于懸臂梁3a和3b的尖端和可動光波導(dǎo)2a和2b的尖端同連接元件4連接，延伸到連接元件4之外的可動光波導(dǎo)2a和2b在光路切換操作中可根據(jù)平行板簧原理而互相平行地移動。
甚至當(dāng)懸臂梁3a和3b切換到實(shí)線所標(biāo)注的位置，并且流經(jīng)線圈6a、6b、6c和6d中的電流關(guān)斷之后，永久磁鐵8a通過外軛7a和7b以及內(nèi)軛12a和12b以磁力吸引軟磁薄膜5，所以懸臂梁3a和3b不能從實(shí)線標(biāo)注的位置移開。因為石英玻璃波導(dǎo)層13在它被連接元件4所接觸的位置上有一個凹槽42，連接元件4和石英玻璃波導(dǎo)層13之間的接觸面積就可以減小，因此在光開關(guān)浸入在折射率調(diào)節(jié)液中的情況下，可防止調(diào)節(jié)液進(jìn)入接觸部分之間而形成間隙。于是，在執(zhí)行光路切換時，就可以減小光軸的偏移和傾斜。
因此，上述設(shè)計可以實(shí)行一個自持型光開關(guān)，在這一開關(guān)中，由光軸傾斜度所決定的光路切換界面上的光衰減很小。
圖4用斷面圖概要說明懸臂梁是如何從石英玻璃襯底上分離的。
在此圖中，標(biāo)號3代表懸臂梁，14代表部分形成的硅分隔層，13a代表石英玻璃過渡層，13b代表石英玻璃波導(dǎo)芯，13c代表石英玻璃涂層，而18代表硅腐蝕液。
首先，在圖4(a)中，在石英玻璃襯底15上部分地形成約2μm厚度的硅分隔層14。分隔層14的制作可以采用薄膜制作方法，如濺射淀積、氣相淀積、化學(xué)氣相淀積、或離子束刻蝕。還可以采用使石英玻璃襯底15與事先制備好的硅片結(jié)合的方法。
接著，在圖4(b)中，制作25μm的石英玻璃過渡層13a用來覆蓋分隔層14和石英玻璃襯底15。石英玻璃過渡層13a可以通過濺射淀積、氣相淀積、火焰淀積、化學(xué)氣相淀沉積、或離子束刻蝕等方法制作。由于分隔層14的存在，在石英玻璃過渡層13a表面上會形成一個凸起。
接著，在圖4(c)中，在石英玻璃過渡層13a表面上形成的上述凸起部分通過磨光打平而去掉。
接著，在圖4(d)中，在石英玻璃過渡層13a上制作一根高度為8μm、寬度為8μm的石英玻璃波導(dǎo)芯13b。石英玻璃波導(dǎo)芯13b的制作可以采用薄膜制作方法，如濺射淀積、氣相淀積、化學(xué)氣相淀積、或離子束刻蝕等方法，或可采用將石英玻璃過渡層13a與事先制備好的硅片結(jié)合并保留要成為石英玻璃波導(dǎo)芯13b的部分而將其余部分腐蝕掉的方法。
接著，在圖4(e)中，制作厚度為25μm的石英玻璃涂層13c用來覆蓋石英玻璃過渡層13a和石英玻璃波導(dǎo)芯13b?？梢圆捎没鹧娴矸e的方法制作覆蓋層13c。此外，也可以采用其它的薄膜制作法，如濺射淀積、氣相淀積、化學(xué)氣相淀積、或離子束刻蝕。而且，由于涂層13c的表面在石英玻璃波導(dǎo)芯13b的上方有個凸起，如果需要一個平整的表面，還需進(jìn)行磨平。在此實(shí)施例中，圖4(e)示出的是磨平后的情況。
接著，在圖4(f)中，沿懸臂梁3的外形將石英玻璃過渡層13a和石英玻璃涂層13c去掉。這可以使用濕化學(xué)腐蝕法和干腐蝕法，本實(shí)施例中使用的是干腐蝕，其腐蝕速率通常為各向異性的。
接著，在圖4(g)中，腐蝕掉分隔層14。這可以使用濕化學(xué)腐蝕法和干腐蝕法，在本實(shí)施例中使用一種硅腐蝕劑18腐蝕分隔層14。圖4(g)示出的是腐蝕過程進(jìn)行到一半時的情況。
圖4(h)示出的是腐蝕過程完成后的情況。懸臂梁3下面的分隔層14被腐蝕掉，所以懸臂梁3可以脫離石英玻璃襯底15而移動。
在此實(shí)施例中，如果硅分隔層14是制作在石英玻璃襯底15上，懸臂梁3可以采用類似方法從石英玻璃襯底15上分離開，即使使用的是由熔點(diǎn)高于1360℃且具有較好抗蝕性能的鈦和鉑，或由它們的混合物組成的分隔層取代硅。而且，在此實(shí)施例中，當(dāng)分隔層14的厚度為2μm時，如果其厚度小于石英玻璃波導(dǎo)芯13b的高度，即使懸臂梁在去除分隔層14的地方下垂，石英玻璃波導(dǎo)之間的光耦合也不會損失，石英玻璃波導(dǎo)端部之間的重疊部分還將存在。需要指出的是，在圖4中，為了較好的理解分隔層11的分離情況，將分隔層11的厚度做了放大。
在此實(shí)施例中，分隔層14可以完全去掉，也可以保留一部分，只要懸臂梁3從石英玻璃襯底上分離開就行。此外，如果分隔層14是制作在石英玻璃襯底15整個表面上，圖4(b)和4(c)之中的磨平過程可以省略。
圖5示出的是根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)型2回路1×2光開關(guān)的另一個實(shí)施例的一個局部透視圖。
此實(shí)施例與圖1中所示的實(shí)施例的一個不同點(diǎn)是圖2中所示的致動器由致動器44和致動器電極45代替。
在此實(shí)施例中的致動器44和致動器電極45是采用一種光刻工藝在石英玻璃波導(dǎo)層13上制作的。如果懸臂梁，包括致動器44和致動器電極45，都被石英玻璃蓋16蓋住，光開關(guān)就有可能小型化。
圖6示出的是圖1中示出的波導(dǎo)型2回路1×2光開關(guān)的斷面圖，包括內(nèi)軛12a和12c。在圖6中，石英玻璃蓋、外軛、線圈，以及永久磁鐵都去掉了。由于石英玻璃過渡層19以及石英玻璃涂層21彼此接觸，可移動光波導(dǎo)芯20a和20b可以以高精度定位，并且實(shí)現(xiàn)高效率的光連接。
圖7示出的是一個固定在封盒中的光開關(guān)的局部透視圖，其中的蓋板去掉了一部分。
標(biāo)號23和24代表電極針，25和26代表了密封件。標(biāo)號27代表折射率匹配填充物注入孔蓋，28代表殼體，而29代表一個殼體蓋。
通過蓋板16上的位于折射率調(diào)節(jié)液填充物注入孔蓋27下面的折射率調(diào)節(jié)液填充物注入孔(未示出)可向光開關(guān)中填充折射率調(diào)節(jié)液，并且，蓋住折射率調(diào)節(jié)液填充物注入孔的折射率調(diào)節(jié)液填充物注入孔蓋27，連同蓋板16一起將光開關(guān)密封起來。光開關(guān)也是封裝在殼體28和殼體蓋29中，殼體蓋29上帶有電極針23和24，并由密封件25密封。電極針23同線圈6a電連接，電極針24同線圈6b電連接。為了示出內(nèi)部結(jié)構(gòu)，殼體蓋29的一部分已去掉。而在去掉的部分中，類似于電極針23和24的電極針由密封件25密封安裝，并且同線圈6c和6d電連接。線圈6c和6d可以同電極針23和24連接，而不是同類似于電極針23和24的針(略去)相連接。輸出光纖9自殼體28上伸出所穿過的部分由密封件26密封。輸入光纖1自殼體28上伸出所穿過的部分也同樣地用密封件26密封，因為它們是在殼體28的后面而被擋住，故在圖7中未示出。
蓋板16和折射率調(diào)節(jié)液填充物注入孔蓋27是用粘結(jié)劑粘合的，但如果折射率調(diào)節(jié)液填充物注入孔蓋材料為石英玻璃，它們可以用局部加熱的方法焊接在一起。
由于光開關(guān)工作部分被石英玻璃蓋16和折射率調(diào)節(jié)液填充物注入孔蓋27密封，所以由于外界異物進(jìn)入而使操作失敗的影響因素，或因空氣或水中的氧氣進(jìn)入而造成腐蝕和惡化的因素均可以避免。此外，石英玻璃襯底15、分隔層14、石英玻璃波導(dǎo)層13、石英玻璃蓋16、折射率調(diào)節(jié)液填充物注入孔蓋27、線圈6a、6b、6c和6d、外軛7a、7b、7c和7d，以及永久磁鐵8a和8b，均由殼體28和殼體蓋29密封起來，所以由于空氣或水中的氧氣進(jìn)入而造成腐蝕和惡化的因素就可以避免，并且當(dāng)有外力作用時，還可以防止直接觸及玻璃元件如石英玻璃襯底15、石英玻璃波導(dǎo)層13，以及石英玻璃蓋16。其結(jié)果是所制作的光開關(guān)具有高可靠性。
圖8示出的是根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)型光開關(guān)應(yīng)用于2×2光開關(guān)上的實(shí)施例。
標(biāo)號30a和30b代表輸入光波導(dǎo)芯，31a、31b、31c和31d代表用來將光開關(guān)連接在一起的中介光波導(dǎo)芯。標(biāo)號32a和32b是輸出光波導(dǎo)芯，33a、33b、33c和33d是懸臂梁，34和35是連接元件，36和37是軟磁薄膜，而38a、38b、39a和39b是電磁致動器。標(biāo)號40代表石英玻璃層，而41代表制作在分隔層上的石英玻璃襯底。
懸臂梁33a、33b、33c和33d下面的層以及連接元件34和35下面的分隔層都通過腐蝕而去掉，所以可通過操作電磁致動器38a和38b使懸臂梁33a、33b、33c和33d彎曲。如果電磁致動器38a和38b使得懸臂梁33a和33b彎曲，便可將經(jīng)由輸入光波導(dǎo)芯30a傳入的光束切換到電磁致動器38a或38b一側(cè)，從而同制作在作為分隔層的石英玻璃襯底41之上的石英玻璃層40之中的中介光波導(dǎo)芯31a或31b以及中接光波導(dǎo)芯31c或31d連接。
接下來，電磁致動器39a和39b動作使懸臂梁33c和33d彎曲，以便將經(jīng)由這些光波導(dǎo)芯傳導(dǎo)的光束切換到電磁致動器39a或39b一側(cè)，所以輸出光波導(dǎo)芯32a以及輸出光波導(dǎo)芯32b就同中介光波導(dǎo)芯31a或31d，以及同中介光波導(dǎo)芯31b或31c連接。采用這種方法，可實(shí)現(xiàn)2×2光切換。
圖9示出圖8中示出的2×2光開關(guān)的切換狀態(tài)與光耦合狀態(tài)之間的關(guān)系。
用“A”來代表圖8中光開關(guān)切換到致動器38a和39a一側(cè)的狀態(tài)，而用“B”來代表圖8中光開關(guān)切換到致動器38b和39b一側(cè)的狀態(tài)。也就是說，通過將懸臂梁33a和33b置于“A”或“B”的切換狀態(tài)，以及將懸臂梁33c和33d置于“A”或“B”的切換狀態(tài)可設(shè)置四種切換狀態(tài)。于是，通過切換懸臂梁33a和33b或懸臂梁33c和33d到A或B兩個切換位置，可以實(shí)現(xiàn)2×2切換狀態(tài)。當(dāng)切換狀態(tài)A和B組合出現(xiàn)時，會出現(xiàn)波導(dǎo)沒有連接起來的情況，但這可以通過電磁致動器38a、38b、39a和39b的連鎖來防止。
采用這種方式，如果使兩個根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)型2回路1×2光開關(guān)彼此面對面地組合起來就可成為一個2×2光開關(guān)。
圖10示出一個根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)型光開關(guān)應(yīng)用到光通訊設(shè)備上的實(shí)施例。
標(biāo)號46是輸出端子，47是光切換控制器，48是用于電聲信號的電信號輸入端子，49是用于光視頻信號的光信號輸入端子，50是光視頻信號，51是電聲信號，52是光開關(guān)，53是電聲信號纜，54是電光信號變換器，55是0-系統(tǒng)光纖，56是1-系統(tǒng)光纖，而57是外殼。
在此實(shí)施例的光通訊設(shè)備中，光視頻信號50輸入到光信號輸入端子49中，并且可由光開關(guān)52為輸入信號選擇端子，經(jīng)此端子光信號輸入到電光信號變換器54中。通常，為了保證網(wǎng)絡(luò)工作可靠，光通訊網(wǎng)絡(luò)采用雙工通訊，因此，網(wǎng)絡(luò)包括有0-系統(tǒng)和1-系統(tǒng)光纖。音頻電信號通過電方式切換到0-系統(tǒng)或1-系統(tǒng)。由于視頻信號是作為光信號輸入的，它就由光開關(guān)52切換到0-系統(tǒng)或1-系統(tǒng)。采用這種方法，如果一根光纖出現(xiàn)故障，通訊可以由另一光纖繼續(xù)保持。電光信號變換器54把從電信號輸入端子48輸入的音頻電信號51轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?，并將此光信號和從光信號輸入端?9上輸入的光視頻信號合成，合成的信號從輸出端子46經(jīng)過0-系統(tǒng)光纖55或1-系統(tǒng)光纖56輸出。應(yīng)當(dāng)指出的是如果檢測器(未示出)檢測到輸出端子上的光信號輸出有錯誤，此錯誤就輸入到開關(guān)控制器47中，并且光開關(guān)52就切換到另一正常的傳輸線路上。
此實(shí)施例中的光開關(guān)由上述光開關(guān)構(gòu)成。由此，如果將本發(fā)明的光開關(guān)應(yīng)用到一個光通訊設(shè)備中，就可以在實(shí)現(xiàn)高可靠性的同時實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化。
根據(jù)本發(fā)明，還可能實(shí)現(xiàn)用低于10伏的電壓驅(qū)動光開關(guān)，并且介入損耗小，成本低。
盡管結(jié)合最佳實(shí)施例對本發(fā)明已經(jīng)做了說明，但是本發(fā)明不應(yīng)受到在這里給出的具體內(nèi)容的限制，但可以在附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)做修改。
權(quán)利要求
1.一種用于切換輸入光信號的光路的光開關(guān)，其構(gòu)成包括一石英玻璃襯底；多個在上述石英玻璃襯底上制作的相互平行且其尖端同連接元件相連的懸臂梁；在上述懸臂梁上制作的至少一個輸入石英玻璃光波導(dǎo)芯；多個同上述輸入石英玻璃光波導(dǎo)芯相對安裝的輸出光波導(dǎo)芯；以及用來彎曲上述懸臂梁的開關(guān)驅(qū)動裝置。
2.一種用于切換輸入光信號的光路的光開關(guān)，其構(gòu)成包括一石英玻璃襯底；一在上述石英玻璃襯底上制作的分隔層；多個在上述石英玻璃襯底上制作的相互平行且其尖端同連接元件相連的懸臂梁；在上述懸臂梁上制作的至少一個輸入石英玻璃光波導(dǎo)芯；多個同上述輸入石英玻璃光波導(dǎo)芯相對安裝的輸出光波導(dǎo)芯；以及用來彎曲上述懸臂梁的開關(guān)驅(qū)動裝置。
3.權(quán)利要求2中所述的光開關(guān)，其中所述的分隔層至少由硅、鈦或鉑中一種制作。
4.權(quán)利要求2中所述的光開關(guān)，其中上述分隔層的厚度小于上述輸入光波導(dǎo)芯的高度。
5.權(quán)利要求2中所述的光開關(guān)，其中當(dāng)執(zhí)行光路開關(guān)操作時，至少一個上述連接元件或上述襯底上那些被設(shè)置成將與上述連接元件接觸的元件在上述連接元件移動的方向上設(shè)置有凹槽。
6.權(quán)利要求2中所述的光開關(guān)，其中上述開關(guān)驅(qū)動裝置包括一安裝在上述連接元件上的軟磁體、一安裝在上述襯底上的由軟磁體構(gòu)成的軟磁軛，一永久磁鐵，和一線圈。
7.權(quán)利要求2中所述的光開關(guān)，其構(gòu)成還包括一蓋板。
8.權(quán)利要求7中所述的光開關(guān)，其中上述蓋板上制作有一個用于注入折射率調(diào)節(jié)液的注入孔。
9.權(quán)利要求7中所述的光開關(guān)，其中上述開關(guān)驅(qū)動裝置設(shè)置在殼體之外。
10.權(quán)利要求2至6中一項中所述的光開關(guān)，其中上述軟磁軛由一內(nèi)磁軛和通過上述蓋板與上述內(nèi)磁軛相對設(shè)置的外磁軛組成。
11.權(quán)利要求2至10中一項中所述的光開關(guān)，其構(gòu)成還包括一上面設(shè)置有用于與上述線圈連接的電極的殼體。
12.一光學(xué)通訊設(shè)備，其構(gòu)成包括一用于光視頻信號輸入的光信號輸入端子；一用于電聲信號輸入的電信號輸入端子；一用于對由光信號輸入端子輸入的上述光視頻信號的輸出進(jìn)行切換的光開關(guān)；一用于將從上述電信號輸入端子輸入的上述電信號變換為光信號并將經(jīng)過變換的音頻信號與來自上述光開關(guān)的輸出光信號合成的電光信號變換器；以及一具有兩個輸出端子的控制器，由此輸出端子輸出合成的光信號，而該控制器用于在判斷由上述兩個輸出端子之一輸出的上述合成信號中有錯誤時對上述光開關(guān)進(jìn)行切換。
13.權(quán)利要求12中所述的光通訊設(shè)備，其中上述光開關(guān)的構(gòu)成包括一石英玻璃襯底；一在上述石英玻璃襯底上制作的分隔層；多個在上述分隔層上制作的相互平行且其尖端同連接元件相連的懸臂梁；在上述懸臂梁上制作的至少一個輸入石英玻璃光波導(dǎo)芯；多個同上述輸入石英玻璃光波導(dǎo)芯相對安裝的輸出光波導(dǎo)芯；多個同上述石英玻璃光波導(dǎo)芯相對安裝的多個光波導(dǎo)芯；一固定在襯底上并跨過至少一個上述懸臂梁尖端的施壓元件；一用于覆蓋整個上述懸臂梁的蓋板；以及用來彎曲上述懸臂梁的開關(guān)驅(qū)動裝置。
14.一種制作光開關(guān)的方法，其步驟包括在石英玻璃襯底上制作一分隔層；在上述石英玻璃襯底上制作一石英玻璃過渡層以覆蓋上述分隔層；在上述石英玻璃過渡層上制作一石英玻璃波導(dǎo)芯；在上述石英玻璃過渡層上制作一石英玻璃包層以覆蓋上述石英玻璃波導(dǎo)芯；通過腐蝕形成懸臂梁的外部構(gòu)型；以及通過腐蝕去掉上述懸臂梁下面的分隔層以得到懸臂梁的可動結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種用于切換輸入光信號的光路的光開關(guān),包括由石英玻璃襯底構(gòu)成的襯底,一在石英玻璃襯底上制作的分隔層,多個在石英玻璃襯底上制作的相互平行且其尖端同連接元件相連的懸臂梁,在懸臂梁上制作的至少一個石英玻璃光波導(dǎo)芯,多個同上述石英玻璃光波導(dǎo)芯相對安裝的光波導(dǎo)芯,用于覆蓋懸臂梁的蓋板,以及用來彎曲上述懸臂梁的開關(guān)驅(qū)動裝置。
文檔編號G02B6/122GK1191984SQ98103840
公開日1998年9月2日 申請日期1998年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月17日
發(fā)明者堀野正也, 佐藤和恭, 明石照久, 村西勝, 小松禮文, 小林大, 岡野廣明 申請人:株式會社日立制作所, 日立電線株式會社