波長多重方式光通信ネットワーク用マイクロマシン光マトリックススイッチ

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555070
• 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: 安宅 学 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (80302628) ; 年吉 洋 東京大学, 生産技術研究所, 講師 (50282603) ; 小林 大 東京電機大学, 工学部, 講師 (30312036) ; 澤田 廉士 NTT通信エネルギー研究所, ネットワークインテグレーション研究部・光マイクロマシン研究グループ, 主幹研究員
• キーワード: 光通信 / マイクロマシン / 光マトリックススイッチ / 異方性エッチング / マイクロアクチュエータ

研究概要

本研究の目的は、マイクロマシン技術を利用してn対nの光通信路切り替えが可能なマトリックス光スイッチを製作し、高密度波長多重光通信(DWDM)ネットワークの実現に貢献することである。マイクロマシン技術で製作する機械的光スイッチの構造として、n本の入力光ファイバからの光ビームに対してn^2個のマイクロミラーのうち適当なものを挿入して反射し、n本の出力光ファイバの中から望みのものを選んで結合させる形を考える。ここで、挿入損失を低減するにはミラーの平滑度と角度の正確さが強く要求され、また結合距離を短くするために基板と垂直に動く3次元のミラーが必要であるので、これらを満たすマイクロ加工法を半導体微細加工技術に基づいて開発する。
以上の方針で研究を進め、次の成果を得た。
1.3次元光マイクロマシン製造法
(1)セルフアラインミラーの製作法:シリコンの結晶異方性エッチングを利用して、基板に垂直なミラー及びそれと正確に45度方向に交わるV溝(光ファイバーを挿入して固定する溝)を作る技術を開発した。厚さ5〜10μm、高さ100〜200μmで上記の要求を充たすミラー面を作製した。
(2)平滑なミラー面の製作法:反射時の散乱損失を減らすために、(111)結晶面で決まる平滑なミラー面を作り、それを多結晶シリコン薄膜で型どりすることにより可動ミラーを製作する技術を開発した。基板に作った(111)面の側壁を持つ溝から、多結晶シリコンのミラーを抜き出すことができた。
2.アレイ化マイクロアクチュエータ
低損失で大規模のn×nスイッチの実現には、数百μm四方程度の小型アクチュエータをアレイ状に配置し、おのおのを独立に動かす必要がある。静電駆動と電磁駆動のアクチュエータを作るための要素として、可動部と対向する電極や、マイクロコイルを試作した。

研究成果

• [文献書誌] P.Helin,M.Mita and H.Fujita: "Self-aligned Mirror and V-grooves in free-space micromachined optical switches"Electronics Letters, IEE,. Vol.36,No.6. 563-564 (2000)
• [文献書誌] P.Helin,T.Bourouina,H.Fujita H.Maekoba,O.Cugat,G.Reyne: "Self-Aligned Vertical Mirrors and V-Grooves for Magnetic Micro Optical Matrix Switch"NMT' Nano et Microtechnologies : Microcapteurs et Microsystemes Integres. Vol.1,No1. 55-87 (2000)
• [文献書誌] P.Helin,T.Bourouina,M.Mita,G.Reyne,H.Fujita: "Self-Aligned Mirror and V-Grooves in Free-Space Micromachined Optical Cross Connects"SPIE's Optics & Information Systems, Special Issue on OPTICALMEMS. Vol.11,NO2. 4-4 (2000)
• [文献書誌] H.MAEKOBA,P.HELIN,G.REYNE,T.BOUROUINA,H.FUJITA: "Self-Aligned Vertical Mirror and V-grooves Applied to an Optical Switch : Modeling and Optimization of Bi-stable Operation by Electromagnetic Actuation."Sensors & Actuators. Part A : Physical. Vol.A(86). 172-178 (2000)