マイクロマシン応用光ビーム操作装置の試作

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06555018
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 藤田 博之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90134642)
• 研究分担者: 植田 敏嗣 横河電機(株), 中央研究所, 部長
• キーワード: マイクロマシン / 単結晶水晶 / 異方性エッチング / 光ビーム操作 / 圧電アクチュエータ / 光チョッパ / 非線形振動子 / 光マトリックスイッチ

研究概要

本研究の目的は、光ビームのスイッチやチョップ、方向の切り替え、走査などを行う超小型の光機械(オプトメカニカル)素子を、半導体技術に基づくマイクロマシ-ニング加工で実現することである。本研究ではチョッパ平板やミラーとそれを動かすマイクロアクチュエータを一体化した超小型オプトメカニカル素子を製作する。製作には、フォトリソグラフィーやエッチングなどの半導体技術を活用し、寸法精度1μm程度で高さが100μm程度の立体構造を、基板上に多数作ることを可能にする。具体的には、スリットを開けたチョッパ平板を水晶のアクチュエータで振動させ、光ビームをチョッピングするデバイスや、トーションバーで支えたマイクロミラーを静電駆動して90度のねじれ変形を起こし、光ビームの方向を切り替えるデバイスを開発した。
平成7年度の研究計画に添って、マイクロマシ-ニングで作るマイクロアクチュエータの設計と試作を行っている。研究の進展状況は極めて良好で、現在までに次のような知見を得ている。
1.水晶基板を異方性エッチングで加工して、100μm程度の共振変位を得るアクチュエータを作り、スリットの開いたチョッパ平板を駆動して、光ビームのチョッパを作った。また、高次共振モードで50〜100μm程度の静的な変位が端部に得られるアクチュエータで、光ビームをオン・オフするスイッチを実現した。
2.シリコン基板上に、ねじれ変形する細い梁で支持した可動マイクロミラーのアレイを作り、ミラーを静電力で90度傾けることができた。これを、コリメートビーム光ファイバーと組み合わせ、n×nの光マトリックススイッチを構成し、挿入損失10dB以下、消光比・クロストーク60dB以上の性能があることを示した。

研究成果

• [文献書誌] Hiroshi Toshiyoshi, Hiroyuki Fujita: "An Electrostatically Operated Torsion Mirror for Optical Switching Device" The 8th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators(TRANSDUCERS '95). Vol. 1. 297-300 (1995)
• [文献書誌] Hiroyuki Fujita, Toshitsugu Ueda, et al: "A Piezoelectric Pseudo-Static Actuator for Large Displacement under AC Voltage Operation" The 8th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators(TRANSDUCERS '95). Vol. 1. 389-392 (1995)
• [文献書誌] Hiroyuki Fujita, Toshitsugu Ueda, et al: "Piezoelectric & Electrostatic Actuators to Generate Pseudo-Static Displacement from Resonant Oscillation" 4th Japan International SAMPE Symposium & Exhibition. 1070-1075 (1995)
• [文献書誌] Hiroyuki Fujita, Toshitsugu Ueda, et al: "Microactuators Based on Newly Developed Pseudostatic Displacement Mechanism" 1995 International Mechanical Engineer Congress & Exposition(ASME '95). 989-994 (1995)