WO2005026816A1

WO2005026816A1 - 光スイッチ装置

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Publication number: WO2005026816A1
Application number: PCT/JP2004/009813
Authority: WO
Inventors: Kaneo Yaji; Yasushi Asaji; Masaya Tamura
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2006-03-09
Also published as: TW200510769A

Abstract

　ガラスまたは金属を用いてファイバ挿入孔を封止することにより、装置内への異物侵入を防止し、装置を小型化しつつ、信頼性を高めるようにする。　ガラス基板１と蓋板２との間にシリコン板３を接合して設け、シリコン板３には、ファイバ挿入孔４、アクチュエータ７等を設ける。そして、アクチュエータ７のミラー９を各光ファイバ５の間の光路に対して進退させることにより、光路を切換える。また、各ファイバ挿入孔４には、低融点ガラス等からなるガラス封止体１２を充填して設け、光ファイバ５の外周面とファイバ挿入孔４の間を封止して装置内に密閉空間１３を形成する。これにより、例えば装置全体を気密性のパッケージ等に収容する必要がなくなるから、封止構造を簡略化して装置全体を小型化しつつ、アクチュエータ７等に対して高い気密性を確保することができる。

Description

明細書

光スィッチ装置

技術分野

[0001] 本発明は、例えばミラーを用いて複数の光ファイバ間を接続する光路を切換える光スィッチ装置に関する。

背景技術

[0002] 一般に、光スィッチ装置としては、例えば略十字状に配置した 4本の光ファイバの間でミラーを変位させることにより、各光ファイバの間を接続する光路を切換える構成としたものが知られている（例えば、特許文献 1参照）。

[0003] 特許文献 1 :米国特許第 6315462号

[0004] この種の従来技術による光スィッチ装置は、例えばガラス基板上にシリコン板を接合することにより、装置の本体部分が構成されている。そして、シリコン板には、例えばエッチングカ卩ェ等の手段によって十字状に並んだ 4本のファイバ挿入孔と、静電駆動型のァクチユエータ等とが予め形成されてレ、る。

[0005] この場合、ファイバ揷入孔は、シリコン板に設けられた長溝 (スリット）を各ガラス基板によって板厚方向の両側から覆うことにより形成され、各ガラス基板の間に位置してシリコン板の端面に開口すると共に、シリコン板の端面から内部に向かって延びている。そして、これら 4本のファイバ揷入孔には光ファイバがそれぞれ揷入され、各光フアイバの先端側は、シリコン板の内部で互いに隙間をもって対向している。

[0006] 一方、ァクチユエータには、ファイバから発射される光を反射するミラーが設けられている。そして、このミラーが各光ファイバ間の隙間に対して進退することにより、 4本の光ファイバのうち互いに直線状に並んだ光ファイバ同士が接続される光路と、ミラ一を介して互いに直交する光ファイバ同士が接続される光路との間で、光路の切換が行われるものである。

[0007] また、他の従来技術として、光ファイバを用いた装置を水分 (湿気）、ダスト等力も保護するために、装置の本体部分を気密性の高いパッケージ等に収容する構成としたものもある（例えば、特許文献 2参照）。 [0008] 特許文献 2 :特開平 7— 63957号公報

[0009] この場合、ノ^ケージは、例えば上向きに開口した箱形状に形成され、その開口側には、枠状の金属板等を介して蓋板が接合されている。これにより、パッケージ内は密閉状態に保持され、光ファイバは、低融点ガラス等を用いた封止構造を介して外部からパッケージ内に挿入されている。

[0010] ところで、上述した特許文献 1の従来技術では、光スィッチ装置をシリコン板によつて形成し、光ファイバは、シリコン板の端面に開口させたファイバ揷入孔から装置の内部に揷入する構成としている。

[0011] しかし、光スィッチ装置の内部には、湿気等に弱いァクチユエータゃミラーが配置されているため、外部の湿気等がファイバ揷入孔を介して装置の内部に浸入すると、ァクチユエータゃミラーが劣化し易くなり、装置の耐久性や信頼性が低下するという問題がある。

[0012] これに対し、例えば特許文献 2の従来技術のように、光スィッチ装置を密閉構造型のパッケージ内に収容する方法も考えられる。しかし、この場合には、シリコン板等を用いて小型の光スィッチ装置を形成しているにも拘らず、パッケージによって装置全体が大型化し、また部品点数や封止部位の増加によってコストアップを招くという問題がある。

発明の開示

[0013] 本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、装置全体を小型化しつつ、光ファイバの揷入部位を安定的に封止でき、ァクチユエータ等に対して高い気密性を確保できると共に、耐久性や信頼性を向上できるようにした光スィッチ装置を提供することにある。

[0014] 上述した課題を解決するために本発明は、互いに対向して配置された 2枚の基板と、該各基板の間に接合され周縁部から内部に向けて延びる複数のファイバ揷入孔が形成されたシリコン板と、該シリコン板の周縁部から前記各ファイバ挿入孔内に挿入して設けられた複数の光ファイバと、前記シリコン板の内部に設けられ該各光フアイバ間の光路を切換えるァクチユエータとからなる光スィッチ装置に適用される。

[0015] そして、本発明が採用する構成の特徴は、シリコン板の各ファイバ挿入孔には、ガラス材料または金属材料を充填することにより光ファイバの外周面とファイバ挿入孔との間を封止する封止部材を設ける構成としたことにある。

[0016] 本発明によれば、シリコン板の各ファイバ挿入孔には、ガラス材料または金属材料を充填することにより封止部材を設ける構成としたので、例えば低融点のガラス材料や金属材料を溶融してファイバ揷入孔に充填することにより、光ファイバの外周面とフアイバ揷入孔との間を安定的に封止でき、外部から水分、ダスト等の異物がファイバ揷入孔を介して装置の内部に侵入するのを確実に防止することができる。

[0017] これにより、光ファイバの先端部ゃァクチユエータ等が収容された空間を外部に対して密閉でき、これらの部材を異物力保護できると共に、装置の耐久性や信頼性を高めることができる。また、光スィッチ装置の本体部分に設けられたファイバ揷入孔を封止部材によって直接的に封止でき、各基板とシリコン板との間にはァクチユエータ等を収容する密閉空間を形成することができる。

[0018] 従って、例えば特許文献 2の従来技術のように装置全体をさらに大きな気密性のパッケージ等に収容して封止する必要がなくなるから、マイクロマシユング技術等を用いて装置全体を小型化しつつ、ァクチユエータ等に対して高い気密性を確保でき、装置の封止構造を簡略化してコストダウンを図ることができる。

[0019] また、本発明によると、封止部材は、当該封止部材の材料として予め形成された環状体を光ファイバの外周側に装着して溶融させることにより形成する構成としてもよい

[0020] この場合、封止部材は、環状体を光ファイバの外周側に装着して溶融することにより形成する構成としたので、ファイバ挿入孔を封止するときには、封止部材の材料となる環状体を光ファイバの外周側に装着することによって、これを光ファイバの揷入位置 (ファイバ揷入孔の開口位置）に容易に取付けることができる。そして、この環状体を溶融することにより、溶融したガラス材料または金属材料をファイバ揷入孔内に円滑に充填することができる。

[0021] これにより、光ファイバに環状体を装着して溶融するだけの簡単な作業によって、光ファイバとファイバ揷入孔との間の微小な隙間を確実に坦めることができ、この隙間に封止用の材料を直接充填するような細かい作業を行う必要がなくなるので、ファイバ挿入孔を効率よく封止することができる。また、例えば環状体の外径寸法、軸方向の厚み等を予め適切に設定しておくことにより、ファイバ挿入孔内に進入する封止部材の進入量や、ファイバ挿入孔の外部で光ファイバの外周側に肉盛される封止部材の形状等を所望の状態に調整することができる。

[0022] また、本発明によると、封止部材は、光ファイバの外周面とファイバ揷入孔の周壁とに全周にわたって固着された筒部と、前記ファイバ揷入孔の外部に位置して該筒部力、ら径方向外向きに突出しシリコン板の周縁部に固着された環状の鍔部とにより構成するのが好ましい。

[0023] 本発明によれば、封止部材は、光ファイバの外周面とファイバ揷入孔の周壁とに固着された筒部と、シリコン板の周縁部に固着された環状の鍔部とにより構成したので、封止部材の筒部によって光ファイバの外周面とファイバ揷入孔との間の隙間を閉塞でき、外部からファイバ揷入孔内への異物進入を阻止することができる。また、封止部材の鍔部は、ファイバ挿入孔の外部に延びる光ファイバの根元部を径方向外側から肉盛するように配置され、ファイバ挿入孔の開口端を取囲む位置に固着される。このため、鍔部によってファイバ挿入孔の密閉性を高めることができると共に、光フアイバの根元部を補強でき、この部位を折曲げる方向の外力等から保護することができる

[0024] また、本発明によると、封止部材は金属材料を光ファイバの外周面とファイバ挿入孔との間で溶融することにより形成し、前記光ファイバの外周面及び前記ファイバ挿入孔の近傍には、前記金属材料を溶融するときに当該金属材料と接触する金属被膜を設ける構成とするのが好ましい。

[0025] 本発明によれば、光ファイバの外周面及びファイバ揷入孔の近傍には、封止部材となる金属材料と接触する金属被膜を設ける構成としたので、封止部材となる金属材料を溶融してファイバ揷入孔に充填するときには、溶融した金属材料を光ファイバの外周面及びファイバ揷入孔の近傍で金属被膜に接触させることができ、これらの接触面に対する金属材料の乗り（濡れ性)を良くすることができる。

[0026] これにより、基板やシリコン板に対する封止部材の密着性を高めることができ、封止部材によって光ファイバとファイバ揷入孔との間を確実に密閉することができる。また、金属材料を金属被膜に付着させてファイバ挿入孔を閉塞する位置で固化させたり、金属材料を金属被膜に沿ってファイバ挿入孔の奥所側に案内することができるので、金属被膜の配置、形状等に応じて封止部材の形状を揃えることができる。

[0027] また、本発明によると、各基板のうち少なくとも一方の基板には、ファイバ揷入孔と異なる位置に開口し封止部材を前記ファイバ揷入孔に充填する充填孔を設ける構成としてもよレ、。

[0028] この場合、各基板のうち少なくとも一方の基板には、封止部材をファイバ揷入孔に充填する充填孔を設ける構成としたので、ファイバ揷入孔を封止するときには、封止部材やその材料を充填孔からファイバ揷入孔に容易に充填でき、充填作業を効率よく行うことができる。そして、ファイバ揷入孔の形状等に制約されることなぐその任意の部位に必要に応じて封止部材を配置でき、例えばファイバ揷入孔の開口側から充填したのでは封止部材がとどかないようなファイバ揷入孔の奥所側にも、充填孔によつて封止部材を配置することができる。また、例えば充填孔を上向きに開口させた場合には、封止部材の充填作業を上方力容易に行うことができる。

[0029] さらに、本発明によると、ァクチユエータは、シリコン板の内部で各光ファイバの間に進退することにより当該光ファイバ間の光路を切換えるミラーを有する構成とするのが好ましい。

[0030] 本発明によれば、ァクチユエータは、各光ファイバの間に進退することにより当該光ファイバ間の光路を切換えるミラーを有する構成としたので、ミラーが光ファイバ間の光路に進入したときには、光ファイバから発射される光をミラーにより反射して他の光ファイバに入射でき、ミラーが光路から退出した場合と比較して、光路を切換えることができる。そして、各光ファイバの先端部やミラー等を封止部材によって密閉状態に保持できるので、これらを外部の水分、ダスト等力保護でき、装置の耐久性や信頼性を高めることができる。

図面の簡単な説明

[0031] [図 1]図 1は本発明の第 1の実施の形態による光スィッチ装置を一部破断して示す平面図である。

[図 2]図 2は光スィッチ装置を図 1中の矢示 II一 II方向からみた断面図である。園 3]図 3は可動体とミラーとが変位することにより光ファイバの光路が切換わる状態を示す説明図である。

[図 4]図 4は光ファイバ、ファイバ挿入孔、ガラス封止体等を図 1中の矢示 IV— IV方向からみた要部拡大断面図である。

[図 5]図 5は図 4中の矢示 V— V方向からみた横断面図である。

園 6]図 6はファイバ揷入孔を封止するときに光ファイバの外周側に環状のガラス材料を装着した状態を示す要部拡大断面図である。

園 7]図 7はファイバ揷入孔の開口位置でガラス材料を溶融してガラス封止体を形成する状態を示す要部拡大断面図である。

園 8]図 8は本発明の第 2の実施の形態による光スィッチ装置を一部破断して示す平面図である。

園 9]図 9は光ファイバ、ファイバ揷入孔、充填孔、ガラス封止体等を図 8中の矢示 IX 一 IX方向からみた要部拡大断面図である。

[図 10]図 10は図 9中の矢示 X— X方向からみた横断面図である。

園 11]図 11はファイバ挿入孔を封止するときに粒状のガラス材料を充填孔に充填する状態を示す要部拡大断面図である。

園 12]図 12はガラス材料を溶融してガラス封止体を形成する状態を示す要部拡大断面図である。

園 13]図 13は本発明の第 3の実施の形態による光スィッチ装置を示す断面図である符号の説明

1 , 21 ガラス基板（基板）

IB, 2B, 3B, 21B, 22B, 23B 端面（周縁部）

2, 22 蓋板（基板）

3, 23 シリコン板

4, 24 ファイバ挿入孔

5 光ファイバ

6 ファイバ押え 7 ァクチユエータ

8 可動体

9 ミラー

10 固定電極

11 可動電極

12, 26 ガラス封止体 (封止部材）

12A, 31A 筒部

12B, 31B 鍔部

13 密閉空間

14 環状体

25 充填孔

31 金属封止体 (封止部材）

32, 33 金属被膜

32A 外側被膜部

32B 内側被膜部

発明を実施するための最良の形態

[0033] 以下、本発明の実施の形態による光スィッチ装置を、添付図面を参照して詳細に説明する。

[0034] まず、図 1ないし図 7は第 1の実施の形態を示し、本実施の形態では、静電駆動型の光スィッチ装置を例に挙げて述べる。

[0035] 図中、 1は光スィッチ装置を構成する第 1の基板としてのガラス基板で、該ガラス基板 1は、その材料となるガラス板（ウェハ）に複数個の光スィッチ装置を一緒に形成した後に、これを各装置毎に切断 (ダイシング)することによって四角形の板状に形成され、図 1、図 2に示す如ぐ後述のシリコン板 3が接合される平坦な表面 1Aと、ガラス基板 1の周縁部を構成する四辺の端面 1Bとを有している。また、ガラス基板 1の表面 1Aには、図 4に示す如ぐ後述するファイバ挿入孔 4の開口位置で光ファイバ 5をガラス基板 1から浮いた状態に保持する凹溝 1Cが必要に応じて設けられている。

[0036] 2は後述のシリコン板 3を挟んでガラス基板 1と対向する第 2の基板としての蓋板で、該蓋板 2は、ガラス材料からなり、前述した如く基板 1と一緒にダイシングすることによつてこれとほぼ同じ大きさの四角形状に形成されている。そして、蓋板 2は、シリコン板 3が接合される平坦な表面 2Aと、四辺の端面 2Bとを有している。また、蓋板 2の表面 2Aには、各ファイバ揷入孔 4の長さ方向に沿って延びる長溝 2Cがそれぞれ設けられている。

[0037] 3はガラス基板 1と蓋板 2との間に接合して設けられたシリコン板で、該シリコン板 3 は、図 1、図 2に示す如ぐ例えば単結晶または多結晶のシリコン材料 (シリコンウェハ )等からなり、ガラス基板 1、蓋板 2等と一緒にダイシングすることによってこれらとほぼ同じ大きさの四角形状に形成されている。そして、シリコン板 3は、例えば陽極接合等の手段によってガラス基板 1の表面 1Aと蓋板 2の表面 2Aとにそれぞれ接合され、これらの部材と共に光スィッチ装置の本体部分を構成している。

[0038] また、シリコン板 3には、後述のファイバ揷入孔 4となる例えば 4本の切欠き溝 3Aがエッチング加工等によって形成され、これらの切欠き溝 3Aは、例えば十字状に並んで配置されている。そして、各切欠き溝 3Aは、シリコン板 3を厚さ方向に貫通して形成され、その端面 3Bからシリコン板 3の内部に向けて直線状に延びると共に、シリコン板 3のほぼ中央部で互いに連通している。

[0039] また、各切欠き溝 3Aは、シリコン板 3を略三角形状の 4つの島部 3Cに分離し、例えば図 1中の手前側に位置する島部 3Cには、エッチングカ卩ェ等によって後述のァクチユエータ 7が設けられている。このように、光スィッチ装置は、例えばマイクロマシニング技術等により微細な構造物として形成されている。

[0040] 4はシリコン板 3の各切欠き溝 3Aを用いて形成された例えば 4個のファイバ挿入孔で、該各ファイバ揷入孔 4は、図 1、図 4に示す如ぐガラス基板 1の表面 1A (凹溝 1C )、蓋板 2の長溝 2C及びシリコン板 3の切欠き溝 3Aを周壁とする断面略四角形状の長穴として形成され、互いに 90度ずつ離間して放射状 (十字状）に配置されている。

[0041] そして、各ファイバ揷入孔 4は、ガラス基板 1と蓋板 2との間に位置してシリコン板 3 の端面 3Bに開口し、端面 3Bからシリコン板 3の内部に向けて直線状に延びると共に、シリコン板 3のほぼ中央部で互いに連通している。

[0042] 5は各ファイバ揷入孔 4に揷入して設けられた光ファイバで、該各光ファイバ 5は、図 1に示す如ぐ互いに交差（直交）する 2本の軸線 Ol,〇2に沿って 2本ずつ合計 4 本配置されている。そして、各軸線〇1, 02に沿って配置された 2本ずつの光ファイバ 5は、各ファイバ挿入孔 4の連通位置で互いに間隔をもって対向している。

[0043] また、光ファイバ 5は、図 4に示す如ぐコア 5Aとその外周側を覆うクラッド 5Bとを有し、これらはガラス材料により形成されている。また、クラッド 5Bの外周側には、これを覆う保護層（図示せず)等が設けられている。

[0044] 6は各ファイバ揷入孔 4内にそれぞれ設けられた複数個のファイバ押えで、該各フアイバ押え 6は、例えばシリコン材料等にエッチング力卩ェを施すことにより、シリコン板 3と一緒に形成されている。そして、ファイバ押え 6は、図 1に示す如ぐシリコン板 3の島部 3Cからファイバ揷入孔 4内に突出し、その先端側は弾性変形した状態で光ファィバ 5の外周側に当接している。

[0045] これにより、ファイバ押え 6は、光ファイバ 5をファイバ揷入孔 4の周壁（例えば、ガラス基板 1の表面 1Aとシリコン板 3の切欠き溝 3A)に弾性的に押付け、光ファイバ 5をファイバ挿入孔 4内で径方向に位置決めしている。

[0046] 7はシリコン板 3の島部 3Cに形成されたァクチユエータで、該ァクチユエータ 7は、図 1、図 2に示す如ぐ例えばシリコン材料等によりシリコン板 3と一緒に形成されている。そして、ァクチユエータ 7は、ガラス基板 1に各支持梁 8Aを介して矢示 A方向に変位可能に配置された棒状の可動体 8と、該可動体 8の一端側に設けられ、可動体 8が変位することにより光ファイバ 5の軸線〇1,〇2の交差位置に対して進退するミラー 9と、可動体 8の他端側に位置してガラス基板 1上に設けられた櫛歯状の固定電極 10と、可動体 8の他端側に設けられ、該固定電極 10と隙間をもって嚙合する可動電極 11 とにより構成されている。

[0047] ここで、可動体 8、ミラー 9及び可動電極 11は、支持梁 8Aによりガラス基板 1と蓋板

2から離間した状態で支持されている。また、ミラー 9の表面は、スパッタ、蒸着等の手段を用いて金属膜が形成され、鏡面仕上げされている。また、固定電極 10と可動電極 11とは、外部から給電されることにより電極 10, 11間に静電力を発生し、この静電力により可動体 8を各支持梁 8Aのばね力に杭して変位させる。これにより、可動体 8 は、図 3中に仮想線で示すようにミラー 9が光ファイバ 5の軸線〇1,〇2の交差位置に進入した初期位置と、実線で示すようにミラー 9が軸線 Ol, 02の交差位置から退出した切換位置との間で駆動され、各光ファイバ 5の間で光路の切換を行うものである。

[0048] 12は各ファイバ挿入孔 4にそれぞれ充填して設けられた封止部材としてのガラス封止体を示し、該各ガラス封止体 12は、図 4、図 5に示す如ぐ例えば酸化鉛を含んだ低融点ガラス、鉛フリー化に対応した鉛成分を含まない低融点ガラス等により構成され、その融点はガラス基板 1、蓋板 2、シリコン板 3等よりも低い温度に形成されている

[0049] そして、ガラス封止体 12は、光ファイバ 5の外周側に位置してファイバ揷入孔 4の開口端の近傍に充填され、光ファイバ 5の外周面とファイバ揷入孔 4の周壁 (即ち、ガラス基板 1の凹溝 1C、蓋板 2の長溝 2C及びシリコン板 3の切欠き溝 3A)との間を気液密に封止しているものである。

[0050] ここで、ガラス封止体 12は、後述の図 6に示す如ぐ光ファイバ 5の外周側に装着したガラス製の環状体 14をファイバ挿入孔 4の開口端の近傍で溶融し、これをファイバ挿入孔 4内に流入させて固化することにより形成されている。そして、ガラス封止体 12 は、光ファイバ 5の外周面とファイバ挿入孔 4の周壁とに全周にわたって固着された筒部 12Aと、ファイバ挿入孔 4の外部に位置して該筒部 12Aカ径方向外向きに突出し、略三角形の断面形状 (フィレット状）をなして広がった環状の鍔部 12Bとにより構成されている。

[0051] この場合、筒部 12Aは、光ファイバ 5の外周面とファイバ挿入孔 4の周壁との間に形成される隙間を閉塞し、外部から水分、ダスト等の異物がファイバ挿入孔 4の奥所側に侵入するのを防止している。これにより、ガラス基板 1と蓋板 2との間に位置してシリコン板 3の内部に画成される空間は、各ガラス封止体 12により密閉された密閉空間 1 3となり、この密閉空間 13内には各光ファイバ 5の先端部ゃァクチユエータ 7等が収容されている。

[0052] また、鍔部 12Bは、ファイバ揷入孔 4の外部に延びる光ファイバ 5の根元部を径方向外側から肉盛するように配置され、ファイバ揷入孔 4の開口端を取囲む位置でガラス基板 1、蓋板 2及びシリコン板 3の端面 1B， 2B, 3Bに固着されている。これにより、鍔部 12Bは、ファイバ揷入孔 4の密閉性を高めると共に、光ファイバ 5の根元部を補強し、この部位を折曲げる方向の外力等から保護している。

[0053] 本実施の形態による光スィッチ装置は上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。

[0054] まず、固定電極 10と可動電極 11との間に給電していないときに、可動体 8は、図 1 に示す如ぐ各支持梁 8Aのばね力によって初期位置に保持され、ミラー 9は光フアイバ 5の軸線 Ol, 02の交差位置に進入している。このため、例えば図 1中の左上に位置する光ファイバ 5から発射された光は、ミラー 9によって反射し、これと直交する左下の光ファイバ 5に入射する。これと同様に、右上の光ファイバ 5から発射された光は、右下の光ファイバ 5に入射する。

[0055] 一方、固定電極 10と可動電極 11との間に給電したときには、これらの電極 10, 11 間に静電力が発生することにより、可動体 8が支持梁 8Aのばね力に抗して切換位置に変位し、ミラー 9は、図 3に示す如ぐ軸線〇1,〇2の交差位置から退出する。これにより、光ファイバ 5から発射された光は、これと直線状に並んだ光ファイバ 5に入射するようになり、光路を切換えることができる。

[0056] この場合、ァクチユエータ 7のミラー 9や電極 10, 11等は、各ガラス封止体 12により密閉された密閉空間 13内に収容されているので、外部から水分、ダスト等の異物が密閉空間 13に侵入してミラー 9や電極 10, 11等に付着するのを防止でき、ァクチュエータ 7を安定的に作動させることができる。

[0057] 次に、図 6、図 7を参照しつつ、ファイバ挿入孔 4に対するガラス封止体 12の充填方法について説明する。

[0058] まず、図 6に示すように、例えば低融点ガラス等からなる環状 (例えば円環形リング状、角形リング状）のガラス材料 (以下、環状体 14という）を予め形成しておき、この環状体 14を光ファイバ 5の外周側に装着する。そして、光ファイバ 5の端部側をファイバ揷入孔 4に所定の位置まで揷入し、環状体 14をガラス基板 1、蓋板 2及びシリコン板 3の端面 IB, 2B, 3Bに当接させる。

[0059] 次に、図 7に示すように、環状体 14を光ファイバ 5の揷入位置（端面 1B， 2B, 3Bの位置）で加熱して溶融する。この場合、環状体 14の加熱手段としては、例えばハロゲンランプ、キセノンランプ、レーザービーム等を用いた非接触式の加熱手段や、装置全体をホットプレート等により加熱する接触式の加熱手段、またはこれらを併用した加熱手段を用いる。

[0060] これにより、環状体 14が溶融すると、その一部はファイバ挿入孔 4内に進入して筒状となり、他の部位はファイバ揷入孔 4の外部で鍔状に広がった状態となるため、これらの部位が固化することによってガラス封止体 12の筒部 12Aと鍔部 12Bとを形成すること力 Sできる。

[0061] この場合、例えば環状体 14の外径寸法、軸方向の厚み等を予め適切に設定しておくことにより、ファイバ揷入孔 4内に進入する筒部 12Aの進入量や、ファイバ揷入孔 4の外部で光ファイバ 5の根元部に肉盛される鍔部 12Bのフィレット形状等を所望の状態に調整することができる。

[0062] 力べして、本実施の形態によれば、シリコン板 3の各ファイバ揷入孔 4には、低融点ガラス等のガラス材料を充填することによりガラス封止体 12を設ける構成としたので、光ファイバ 5の外周面とファイバ挿入孔 4との間を安定的に封止でき、外部から水分、ダスト等の異物がファイバ挿入孔 4を介して装置の内部に侵入するのを確実に防止すること力 Sできる。

[0063] これにより、光ファイバ 5の先端部ゃァクチユエータ 7のミラー 9等が収容された密閉空間 13を外部に対して安定的に密閉でき、これらの部材を異物から保護できると共に、装置の耐久性や信頼性を高めることができる。

[0064] また、ガラス/シリコン/ガラスからなる 3層構造の光スィッチ装置に対して、その本体部分に設けられたファイバ挿入孔 4をガラス封止体 12によって直接的に封止でき、これによつてガラス基板 1、蓋板 2及びシリコン板 3の間には、ァクチユエータ 7等を収容する密閉空間 13を形成することができる。

[0065] 従って、例えば特許文献 2の従来技術のように装置全体をさらに大きな気密性のパッケージ等に収容する必要がなくなり、例えば装置を機械的に保護するために小型で安価な金属キャップ等を設けるだけでよくなるから、装置の封止構造を簡略化してコストダウンを図ることができる。そして、マイクロマシユング技術等を用いて装置全体を小型化しつつ、ァクチユエータ 7等に対して高い気密性を確保することができる。

[0066] この場合、ガラス封止体 12は、ガラス製の環状体 14を光ファイバ 5の外周側に装着して溶融することによりファイバ挿入孔 4に充填するようにしたので、ファイバ挿入孔 4 を封止するときには、環状体 14を光ファイバ 5の外周側に装着することによって、これを光ファイバ 5の挿入位置 (ファイバ挿入孔 4の開口位置）に容易に取付けることができ、この環状体 14を溶融することにより、溶融したガラス材料をファイバ揷入孔 4内に円滑に充填することができる。

[0067] これにより、光ファイバ 5に環状体 14を装着して溶融するだけの簡単な作業によつて、光ファイバ 5とファイバ揷入孔 4との間の微小な隙間を確実に埋めることができ、この隙間に封止用の材料を直接充填するような細かい作業を行う必要がなくなるので、ファイバ揷入孔 4を効率よく封止することができる。

[0068] また、ガラス封止体 12を筒部 12Aと鍔部 12Bとにより構成したので、筒部 12Aによつて光ファイバ 5の外周面とファイバ揷入孔 4との間の隙間を安定的に閉塞でき、外部からファイバ揷入孔 4内への異物進入を確実に阻止することができる。一方、鍔部 12Bは、光ファイバ 5の根元部に肉盛するように配置できるので、ファイバ挿入孔 4の密閉性をより高めることができると共に、光ファイバ 5の根元部を鍔部 12Bによって補強でき、この部位を折曲げる方向の外力等から保護することができる。

[0069] 次に、図 8ないし図 12は本発明による第 2の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、封止部材を充填するための充填孔を基板に設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では前記第 1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

[0070] 21は光スィッチ装置のガラス基板で、該ガラス基板 21は、図 8、図 9に示す如ぐ第 1の実施の形態とほぼ同様に、その材料となるガラス板（ウェハ）に複数個の光スイツチ装置を一緒に形成した後に、これを各装置毎に切断 (ダイシング）することによって四角形の板状に形成され、表面 21Aと四辺の端面 21Bとを有している。また、ガラス基板 21の表面 21Aには、後述する充填孔 25の開口位置で光ファイバ 5をガラス基板 21から浮いた状態に保持する凹溝 21Cが必要に応じて設けられている。

[0071] 22は後述のシリコン板 23を挟んでガラス基板 1と対向する蓋板で、該蓋板 22は、第 1の実施の形態とほぼ同様に、ガラス材料からなり、表面 22Aと四辺の端面 22Bとを有する四角形状に形成されると共に、その表面 22Aには、各長溝 22Cが設けられている。また、蓋板 22には、後述のファイバ挿入孔 24に対応した部位に充填孔 25がそれぞれ設けられている。

[0072] 23はガラス基板 21と蓋板 22の表面 21A, 22A間に接合して設けられたシリコン板で、該シリコン板 23は、例えば四角形状にダイシングされたシリコン材料 (シリコンゥヱハ）等からなり、各切欠き溝 23Aと、四辺の端面 23Bと、 4つの島部 23Cとを有している。そして、 1つの島部 23Cにはァクチユエータ 7が設けられている。

[0073] 24はシリコン板 23の各切欠き溝 23Aを用いて形成された例えば 4個のファイバ揷入孔で、該各ファイバ揷入孔 24は、第 1の実施の形態とほぼ同様に、ガラス基板 21 の表面 21A (凹溝 21C)、蓋板 22の長溝 22C及びシリコン板 23の切欠き溝 23Aを周壁とする断面略四角形状の長穴として形成され、シリコン板 23の端面 23Bから内部に向けて直線状に延びている。そして、各ファイバ揷入孔 24内には光ファイバ 5がそれぞれ揷通されている。

[0074] 25は各ファイバ挿入孔 24に対応する位置で蓋板 22に設けられた例えば 4個の充填孔（2個のみ図示）を示し、該各充填孔 25は、図 9、図 10に示す如ぐ蓋板 22の端面 22Bに近い部位に厚さ方向に貫通して形成され、ファイバ揷入孔 24の長手方向途中部位に開口している。そして、充填孔 25は、後述のガラス封止体 26を各フアイバ挿入孔 24の開口部位と異なる位置から当該挿入孔 24内に充填するためのものである。

[0075] 26は各ファイバ挿入孔 24にそれぞれ充填して設けられた封止部材としてのガラス封止体を示し、該各ガラス封止体 26は、第 1の実施の形態とほぼ同様に、例えば低融点ガラス等からなり、光ファイバ 5の外周面とファイバ挿入孔 24の周壁 (ガラス基板 21の凹溝 21C、蓋板 22の長溝 22C及びシリコン板 23の切欠き溝 23A)との間を気液密に封止しているものである。

[0076] ここで、ガラス封止体 26をファイバ揷入孔 24に充填するときには、まず図 11に示す如ぐ例えば粒状 (ペレット状）、粉末状のガラス材料 27を蓋板 22の充填孔 25からフアイバ揷入孔 24に充填する。

[0077] 次に、このガラス材料 27を、図 12に示す如ぐ第 1の実施の形態と同様の加熱手段によって加熱、溶融させることにより、ガラス封止体 26を形成することができる。 [0078] 力べして、このように構成される本実施の形態でも、第 1の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、蓋板 22に充填孔 25を設ける構成としたので、ファイバ挿入孔 24を封止するときには、ガラス材料 27を充填孔 25 力ファイバ揷入孔 24に容易に充填でき、充填作業を効率よく行うことができる。

[0079] これにより、ファイバ揷入孔 24の形状等に制約されることなぐその任意の部位に必要に応じてガラス封止体 26を配置でき、例えばファイバ揷入孔 24の開口側から充填したのではガラス封止体 26がとどかないようなファイバ揷入孔 24の奥所側にも、充填孔 25によってガラス封止体 26を配置することができる。また、充填孔 25を上向きに開口させることにより、ガラス材料 27の充填作業を上方から容易に行うことができる。

[0080] 次に、図 13は本発明による第 3の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、封止部材を金属材料により構成したことにある。なお、本実施の形態では前記第 1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

[0081] 31は光スィッチ装置の各ファイバ挿入孔 4に充填して設けられた封止部材としての金属封止体を示し、該金属封止体 31は、例えばガラス基板 1、蓋板 2、シリコン板 3等よりも低い融点をもつ金属材料力なり、例えば金、錫等を含んだ半田により形成されている。

[0082] そして、金属封止体 31は、第 1の実施の形態によるガラス封止体 12とほぼ同様に、筒部 31Aと鍔部 31Bとからなり、光ファイバ 5の外周側に位置してファイバ挿入孔 4の開口端の近傍に充填されている。これにより、金属封止体 31は、光ファイバ 5の外周面とファイバ挿入孔 4の周壁との間を気液密に封止し、外部から水分、ダスト等の異物がファイバ挿入孔 4の奥所側 (密閉空間 13)に侵入するのを防止している。

[0083] また、金属封止体 31の形成時には、例えば粒状、粉末状の金属材料をファイバ揷入孔 4に充填した状態で溶融するか、または半田線等のような針金状の金属材料をファイバ揷入孔 4に揷入しつつ、その先端側を溶融させることにより形成されている。この場合、溶融した半田等の金属材料は、後述する金属被膜 32の外側被膜部 32A と内側被膜部 32Bと、光ファイバ 5側の金属被膜 33とに接触し、これらに案内されて所定の形状となった状態で固化することにより、金属封止体 31の筒部 31Aと鍔部 31 Bとを形成している。 [0084] 32は各ファイバ挿入孔 4の内部とその開口部の近傍とにわたつて設けられた金属被膜を示し、該金属被膜 32には、金属封止体 31の筒部 31Aと鍔部 31Bとが接触している。これにより、金属被膜 32は、金属封止体 31となる半田等を溶融してファイバ揷入孔 4に充填するときに、溶融した半田等と接触して半田の乗り（濡れ性)をよくすると共に、その密着性を高めるものである。

[0085] ここで、例えば金、錫等を含んだ半田によって金属封止体 31を形成する場合に、金属被膜 32としては、例えば金、ニッケノレ等を含んだ半田下地金属が用いられる。この場合、金属被膜 32は、例えばスパッタ、蒸着、メツキ等の手段によってファイバ揷入孔 4の内部及び近傍に形成されたニッケノレ被膜と、その表面を覆う金の被膜 (いずれも図示せず）とにより構成されている。

[0086] また、金属被膜 32は、ファイバ揷入孔 4の外側に位置してその開口端を取囲む位置でガラス基板 1、蓋板 2及びシリコン板 3の端面 IB, 2B, 3Bに固着された環状の外側被膜部 32 Aと、該外側被膜部 32 Aからファイバ挿入孔 4の奥所側に向けて伸長し、ファイバ挿入孔 4の周壁に全周にわたって固着された筒状の内側被膜部 32Bとにより構成されている。

[0087] そして、外側被膜部 32Aは、端面 IB, 2B, 3Bに対する半田の乗りを良くし、金属封止体 31の鍔部 31B等を容易に形成するものである。また、内側被膜部 32Bは、溶融した半田をファイバ挿入孔 4内に案内し、ファイバ挿入孔 4の密閉性を高めるものである。

[0088] 33はファイバ挿入孔 4の開口近傍で光ファイバ 5の外周面を覆って設けられた他の金属被膜で、該金属被膜 33は、金属被膜 32とほぼ同様に、例えば金、ニッケル等を含んだ半田下地金属からなり、その表面には、金属封止体 31の筒部 31Aと鍔部 31 Bとが接触している。これにより、金属被膜 33は、光ファイバ 5の外周面に対する半田の乗り（濡れ性）をよくするものである。

[0089] 力、くして、このように構成される本実施の形態でも、第 1の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、封止部材を金属封止体 31 として形成し、ファイバ揷入孔 4の近傍には、金属封止体 31と接触する金属被膜 32 を設け、光ファイバ 5の外周面には、これを覆う他の金属被膜 33を設ける構成としている。

[0090] これにより、金属封止体 31となる金属材料を溶融してファイバ挿入孔 4に充填するときには、溶融した金属材料をファイバ挿入孔 4の近傍で金属被膜 32， 33にそれぞれ接触させることができ、これらの接触面に対する金属材料の乗り（濡れ性）を良くすること力 Sできる。この結果、光ファイバ 5の外周面に対する金属封止体 31の密着性を高めることができ、またガラス基板 1、蓋板 2及びシリコン板 3の端面 IB, 2B, 3Bゃフアイバ揷入孔 4の周壁に対する金属封止体 31の密着性を高めることができるから、金属封止体 31によってファイバ揷入孔 4を確実に密閉することができる。

[0091] この場合、溶融した金属材料の一部を金属被膜 32の外側被膜部 32Aと光ファイバ

5側の金属被膜 33とに付着させることにより、金属封止体 31の鍔部 31Bを安定的に形成すること力 Sできる。

[0092] また、金属材料の他の部分を金属被膜 32の内側被膜部 32Bや金属被膜 33に沿つてファイバ挿入孔 4の奥所側に案内でき、この部分によって金属封止体 31の筒部 31Aを確実に形成することができる。従って、金属被膜 32, 33の配置、形状等に応じて金属封止体 31を所望の形状に形成でき、その形状を揃えることができる。

[0093] なお、前記第 1の実施の形態で、ガラス封止体 12の形成時に用いる環状体 14としては、円環状 (リング状)の形状に限らず、例えば正方形、長方形、楕円形等の環状体を用いる構成としてもよい。また、第 2の実施の形態の場合と同様に、例えば粒状または粉末状に形成したガラス材料をファイバ挿入孔 4の開口端側に充填し、これを溶融、固化させることによりガラス封止体 12を構成してもよい。

[0094] また、第 1の実施の形態による環状体 14としては、例えば周方向の一箇所に切欠きを形成した C字状の環状体や、半割形状に近い形状の環状体等を用いる構成としてもよレ、。この場合、光ファイバ 5に環状体を装着するときには、環状体の外周側から切欠きを介して内周側に光ファイバ 5を揷嵌できるので、環状体を光ファイバ 5に対して径方向外側から引掛けるように容易に装着することができる。これにより、環状体を光ファイバ 5の端部側から長さ方向に沿って装着部位まで移動する必要がなくなり、装着作業を効率よく行うことができる。

[0095] また、第 2の実施の形態では、蓋板 22に充填孔 25を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばガラス基板 21に充填孔を設ける構成としてもよぐまたはガラス基板 21と蓋板 22の両方に充填孔を設ける構成としてもよい。

[0096] また、第 2の実施の形態では、ガラス封止体 26をファイバ挿入孔 24に充填する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば半田等の金属材料を蓋板 22の充填孔 25からファイバ揷入孔 24に充填する構成としてもよい。

[0097] また、第 3の実施の形態では、金属被膜 32を、外側被膜部 32Aと内側被膜部 32B とにより構成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば金属被膜を外側被膜部 32 Aのみとして形成し、内側被膜部 32Bを省略する構成としてもよい。

[0098] また、第 3の実施の形態では、例えば金、錫等を含んだ半田を用いて金属封止体 3 1を形成し、これに対応して金属被膜 32にはニッケル、金等を用いる構成とした。しかし、本発明はこれらの金属に限定されるものではなぐ他の金属材料を用いてもよいのは勿論である。

[0099] また、実施の形態では、ガラス基板 1, 21に光ファイバ 5を浮かせるための凹溝 1C , 21Cを設ける構成とした。しかし、本発明は、これらの凹溝 1C, 21Cを必ずしも必要とするものではなぐ凹溝 1C, 21Cを設けていないガラス基板を用いる構成としてあよい。

[0100] さらに、実施の形態では、 2枚の基板としてガラス基板 1 , 21と蓋板 2, 22とを用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、各基板のうち少なくとも一方または両方の基板を、例えば単結晶や多結晶のシリコン基板等により構成してもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 互いに対向して配置された 2枚の基板と、該各基板の間に接合され周縁部から内部に向けて延びる複数のファイバ揷入孔が形成されたシリコン板と、該シリコン板の周縁部から前記各ファイバ揷入孔内に挿入して設けられた複数の光ファイバと、前記シリコン板の内部に設けられ該各光ファイバ間の光路を切換えるァクチユエータとからなる光スィッチ装置において、

前記シリコン板の各ファイバ挿入孔には、ガラス材料または金属材料を充填することにより前記光ファイバの外周面と前記ファイバ挿入孔との間を封止する封止部材を設ける構成としたことを特徴とする光スィッチ装置。

[2] 前記封止部材は、当該封止部材の材料として予め形成された環状体を前記光ファィバの外周側に装着して溶融させることにより形成してなる請求項 1に記載の光スイツチ装置。

[3] 前記封止部材は、前記光ファイバの外周面と前記ファイバ挿入孔の周壁とに全周にわたつて固着された筒部と、前記ファイバ挿入孔の外部に位置して該筒部から径方向外向きに突出し前記シリコン板の周縁部に固着された環状の鍔部とにより構成してなる請求項 1または 2に記載の光スィッチ装置。

[4] 前記封止部材は金属材料を前記光ファイバの外周面と前記ファイバ揷入孔との間で溶融することにより形成し、前記光ファイバの外周面及び前記ファイバ揷入孔の近傍には、前記金属材料を溶融するときに当該金属材料と接触する金属被膜を設けてなる請求項 1， 2または 3に記載の光スィッチ装置。

[5] 前記各基板のうち少なくとも一方の基板には、前記ファイバ揷入孔と異なる位置に開口し前記封止部材を前記ファイバ揷入孔に充填する充填孔を設けてなる請求項 1 に記載の光スィッチ装置。

[6] 前記ァクチユエータは、前記シリコン板の内部で前記各光ファイバの間に進退することにより当該光ファイバ間の光路を切換えるミラーを有する構成としてなる請求項 1

, 2, 3, 4または 5に記載の光スィッチ装置。