CN2622718Y - 光波导、光学部件和光开关 - Google Patents

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Abstract

本实用新型的目的是抑制光波导的弯曲部分和分支部分中的光传输损耗，并且，提高光波导的形状的自由度。在基板(10)上形成下包覆层(11a)，在下包覆层(11a)上设置Y分支光波导(9)，用上包覆层(11b)覆盖光波导(9)，由此，来制成光学器件(8)。光波导(9)的弯曲部分在外周侧实施斜削，而形成为梯形断面，在带有斜坡的外周侧，光波导(9)的实际折射率减小。与此相对，光波导(9)的端面形成为矩形，提高了与光导纤维的耦合效率。

Description

光波导、光学部件和光开关
技术领域
本实用新型涉及光波导、光学部件和光开关。特别是涉及单模的分支波导或弯曲波导、S形波导等光波导、光学部件和切换光的分支方向的光开关。
背景技术
近年来，使用能够高速地传输大容量数据的光导纤维的通信正在成为主流，在光导纤维或光源与光检测器件的连接部等中使用的传导光信号的光波导要求更小型且传输损耗少的高精度的光波导。
这样的光波导一般通过在基板表面上制作折射率稍高的部分作为芯来构成，例如，采用图1所示的半导体工艺来制造。
下面，用图1来说明按照半导体工艺所进行的光波导的制造工序。首先，在基板1上堆积包覆材料并使之固化，形成下包覆层2(图1(a)、(b))；然后，在下包覆层2上堆积芯材并使之固化，形成芯层3a(图1(c))；接着，在芯层3a的表面上涂布光刻胶4，在光刻胶4上重叠曝光掩模5，通过紫外线照射进行曝光(图1(d))。曝光后，使光刻胶4显影成图案，用光刻胶4仅覆盖在形成芯的位置上(图1(e))。接着，把残留的光刻胶4作为蚀刻用掩模，通过反应性离子蚀刻(RIE)，除去芯层3a的露出区域，在光刻胶4的下面形成芯3(图1(f))，除去光刻胶4而使芯3露出(图1(g))。然后，在芯3和下包覆层2上堆积包覆材料并使之固化，形成上包覆层6，得到在下包覆层2与上包覆层6之间埋入隧道型的芯3的光波导(图1(h))。
按照半导体工艺，芯3在其全长上形成为图2(a)所示的长方形或正方形的断面形状。或者，如图2(b)所示的那样，通过蚀刻在两侧面上形成斜坡，由此，成为下底(与下包覆层2相接的边)比上底长的梯形(台型)。
在这样的光波导中，从芯3的入射端入射到芯3内的光在下包覆层2和上包覆层6与芯3的界面(例如，矩形芯的情况下，芯3的上下面和左右侧面)上全反射，同时，在芯3内进行传输，从芯3的光出射端出射到外部。作为在芯3内进行传输的光的传输损耗的主要原因，可以列举出：在芯3的弯曲部分产生的损耗和在芯3的端面上产生的损耗。
首先，说明在芯3的弯曲部分上的损耗。在如图3所示那样弯曲的芯3中因弯曲部分产生的损耗是在光从芯3的直线部分入射到弯曲部分的外周侧面上时，如图4所示的那样，入射到芯3的外周面上的光的入射角θ2小于全反射的临界角，光不会全反射到芯3内，光从芯3放射到上包覆层6侧，而成为损耗。
图5和图6是按波动光学来说明芯3的弯曲部分中的传输损耗。图5表示的是沿图3的直线部分中的A—A′线的芯3的实际折射率(直线波导的实际折射率)和沿弯曲部分中的B—B′线的实际折射率(弯曲波导的实际折射率)。在直线波导中，如图5中用虚线表示的那样，在横断芯3的方向上的实际折射率的分布是对于芯3的中心呈对称分布，但是，在弯曲波导中，如图5中用实线表示的那样，在外周侧，实际折射率变高，在内周侧，实际折射率变低。因此，如图6所示，在芯3内传输的光在直线波导的部分被封闭在芯3内，但是，当通过弯曲波导的部分时，向折射率变高的外周侧的上包覆层6内放射蔓延，成为损耗。而且，在弯曲波导的部分中，导波模式的电场分布畸变，因此，在弯曲波导部分的入口处产生电场分布的不匹配，光向芯3外部放射，成为损耗。
为了抑制芯3的弯曲部分中的传输损耗，可以加大弯曲部分的曲率半径，使向芯3的外周面的入射角大于临界角。但是，当加大曲率半径R时，为了得到必要的弯曲角度，必须加长芯3的弯曲部分，因此，光波导变长变大。这样，在现有的光波导中，弯曲部分中的传输损耗的降低和光波导的小型化存在权衡的关系。
下面对在芯3的端面上产生的耦合损耗进行说明。在芯3的端面上产生的损耗是在把芯3的光入射端或光出射端光学地连接到其他光学器件等时产生的损耗。为了减小这样的耦合损耗，在单模的芯3中，该光入射端和光出射端的形状最好接近于与芯3相耦合的光导纤维等的端面形状。
下面，作为光波导的应用，对现有的光开关进行说明。图7是表示光开关的构造的透视图，图8(a)、(b)、(c)是表示图7的C1-C1′、C2-C2′、C3-C3′的断面的断面图。在光开关中，在基板1上形成Y分支的芯3，在覆盖芯3的上包覆层6的上表面上设置两个加热器7，夹着芯3的分支部上部。芯3在图8(a)、(b)、(c)的任一个断面都作成矩形或者作成在加热器侧宽度窄的梯形。当向一方的加热器7通电而使之发热时，由于发热的加热器7侧温度上升，热光学(TO)效应就在发热侧使芯3和上包覆层6的折射率变小，经芯3的非分支部分传输过来的光向非发热侧的分支部分传输，几乎不会传输到发热侧。如果切换发热的加热器7，就能切换光传输的路径(分支方向)。
在这样的光开关中，要求向电开关一样来完全地切换光的路径，希望具有高的消光比。在这样的光开关中，为了得到高的消光比，需要减小芯3的分支角或者加大由加热器提供的折射率差。
但是，采用减小分支角的方法，当在光出射端上使芯3的分支部分的两分支的间隔充分离开以便能够连接光导纤维时，芯的长度就会变长以使芯3的分支部分充分离开，从而使光开关变长变大。
而且，为了加大由加热器提供的折射率差，必须增大加热器的发热量，因此，使光开关的功耗变高。采用增大折射率变化的方法，由于在波导方向上产生急剧的折射率变化，因此，在单模的芯中，发生多模，其结果，产生过剩损耗，反而使消光比降低。
发明内容
鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供能够降低芯的损耗并且提高芯的形状的自由度的光波导。而且，提供使用该光波导的光学部件和小型的并且消光比高的光开关。
本实用新型的光波导设置有封闭地传输光的芯的光波导，其特征在于上述芯具有断面的中央部的厚度与断面的两侧部的厚度不同的区域，并且，在沿着芯的长度方向的方向上，芯的断面形状不是恒定的。
在本实用新型的光波导中，由于在沿着芯的长度方向的方向上芯的断面形状不是恒定的，存在变化的部分，因此，即使使用均一的芯材料，因使断面形状变化，也能够使芯的实际折射率变化。这样，断面形状的变化就能够在芯的任意位置上控制芯的实际折射率，并能够控制经芯传输的电场分布。例如，在芯的弯曲部分和分支部分中，能够控制光的电场分布，以使光难于从芯中泄漏而损耗。这样，就能够在抑制传输损耗的同时以大的曲率使芯弯曲，因此，芯的形状的自由度增大，并且，不会加大光波导，也能够在芯的方向上进行大的弯曲。
虽然采用半导体工艺来制作这样的芯是困难的，但是，如果采用在注塑成型的包覆基板的槽沟中填充芯材料来形成芯的方法或者采用通过模压使芯成型的方法，都能够容易地制作。
在本实用新型的光波导的实施例中，上述芯的断面中的侧面的轮廓在沿着芯的长度方向的方向上具有变化。例如，芯的断面在侧面上成为圆弧形，侧面的曲率或者曲率半径变化。在这样的实施例中，由于芯的侧面的轮廓具有变化，因此，能够使芯的侧面上的厚度变化，能够控制从芯的侧面放射的光。
特别是，芯的至少一部分区域的断面成为梯形，芯的侧面的斜率在沿着芯的长度方向的方向上具有变化，这样能够容易地使芯的断面形状变化。特别是，能够通过成型法容易地制作本实用新型那样的芯。
本实用新型的光波导的另一个实施例中的上述芯的端面形状为适合于减小与耦连在上述芯的端面上的器件的耦合损耗的形状。在单模芯的情况下，这样的芯的端面形状为矩形。按照这样的端面形状，当把芯的端面与光导纤维等器件耦连时，能够提高其耦合效率。
本实用新型的光学部件是在本实用新型的光波导中附加了用于加热上述芯的加热装置的光学部件。按照这样的光学部件，用加热装置来加热芯，从而使芯的折射率变化，能够控制在芯中传输的光的动作。使用本实用新型的光波导，就能够减小光的损耗，同时，使芯的断面形状变化，由此，能够控制用加热装置进行加热时的光的动作。这样，能够通过加热装置的控制来控制在芯内传输的光的动作，能够得到损耗小的小型光学部件。
本实用新型的光开关包括具有分支部分的芯和加热上述芯的分支部分的加热装置，其特征在于，上述芯具有断面的中央部的厚度与断面的两侧部的厚度不同的区域，并且，在沿着芯的长度方向的方向上，芯的断面形状不是恒定的。
在本实用新型的光开关中，通过控制由加热装置对芯的加热位置，就能够切换分支部分中的光的传输方向。由于在沿着芯的长度方向的方向上芯的断面形状不是恒定的，存在变化的部分，因此，即使使用均一的芯材料，也能通过使断面形状变化而使芯的实际折射率变化。这样，断面形状的变化能够在芯的任意处控制芯的实际折射率，能够控制在芯中传输的电场分布。例如，在芯的弯曲部分和分支部分中，能够控制光的电场分布，以使光难于从芯中泄漏而产生损耗。这样，能够在抑制损耗的同时以大的曲率来使芯弯曲，因此，芯的形状的自由度增大，并且，不会加大光开关，能够在芯的方向上进行大的弯曲。这样，根据本实用新型，能够制作出低损耗且消光比高的光开关。
虽然采用半导体工艺来制作这样的芯是困难的，但是，如果采用在注塑成型的包覆基板的槽沟中填充芯材料来形成芯的方法或通过模压成型芯的方法，都能够容易地制作。
本实用新型的光开关的实施例，其特征在于，在上述芯的分支部分的断面中，当在与配置上述加热装置的面相垂直的方向上把芯的断面二等分时，二等分的断面中的接近上述加热装置侧的断面的面积大于远离上述加热装置侧的断面的面积。本实用新型的光开关的另一个实施例，其特征在于，在与配置上述加热装置的面相平行的方向上的边中，接近上述加热装置侧的边的长度大于远离上述加热装置侧的边的长度。例如，作为这样的芯的断面形状，具有在加热装置侧宽度宽的梯形。在这些实施例中，由于芯偏向于加热装置侧，相对于加热装置所进行的加热，折射率的变化变得敏感，能够进一步提高消光比。
本实用新型的光开关的另一个实施例中的上述芯的断面形状为适合于减小与耦连在上述芯的端面上的器件的耦合损耗的形状。在单模芯的情况下，这样的芯的端面形状为矩形。按照这样的端面形状，在把芯的端面与光导纤维等器件相耦连时，能够提高其耦合效率。
而且，以上说明的本实用新型的构成要素能够进行可能的任意组合。
附图说明
图1(a)～(h)是现有的光波导的制造工序图；
图2(a)是表示该光波导内的芯的断面形状的断面图；
图2(b)是表示该光波导内的芯的另一个断面形状的断面图；
图3是弯曲的芯的透视图；
图4是说明在该弯曲的芯中光放射而产生损耗的原因的图；
图5是沿着弯曲的芯的横断方向的折射率的变化图；
图6是弯曲的芯中的导波模式的电场分布图；
图7是现有的光开关的构造的透视图；
图8(a)是沿图7的C1-C1′线的断面图；
图8(b)是沿图7的C2-C2′线的断面图；
图8(c)是沿图7的C3-C3′线的断面图；
图9是本实用新型的一个实施例的光波导的平面图；
图10(a)是从光入射端侧看图9所示的光波导的正面图；
图10(b)是沿图9的D1-D1′线的断面图；
图10(c)是从光出射端侧看图9所示的光波导的背面图；
图11是图9所示的光波导内的芯中的导波模式的电场分布图；
图12是斜坡型二维芯的分散曲线；
图13(a)～(e)是说明图9所示的光波导的制造工序的断面图；
图14是说明该光波导中的非分支芯的断面形状的断面图；
图15是说明该光波导中的分支芯的另一个位置的断面形状的断面图；
图16(a)、(b)、(c)分别是说明图9所示的实施例中的光波导的变形例的正面图、断面图、背面图；
图17是本实用新型的另一个实施例的光波导(S形波导)的平面图；
图18(a)是该光波导的正面图；
图18(b)是沿图17的E—E′线的断面图；
图18(c)是该光波导的背面图；
图19是本实用新型的另一个实施例的光波导(弯曲波导)的平面图；
图20是本实用新型的另一个实施例中的光开关的平面图；
图21(a)是该光开关的正面图；
图21(b)是沿图21的G—G′线的断面图；
图21(c)是沿图21的H—H′线的断面图；
图21(d)是该光开关的背面图；
图22是加热器加热时的温度分布图；
图23(a)是在本实用新型的光开关中用线的粗细来表示仅接通一个加热器时传输的光的功率的平面图；
图23(b)是横轴为功率强度、纵轴为光开关的长度方向的距离时的各分支芯内的功率变化的曲线图；
图24(a)是在现有的光开关中用线的粗细来表示仅接通一个加热器时传输的光的功率的平面图；
图24(b)是横轴为功率强度、纵轴为光开关的长度方向的距离时的各分支芯内的功率变化的曲线图；
图25(a)、(b)、(c)是在本实用新型的光开关中互不相同的断面上的光的功率分布图；
图26(a)、(b)、(c)是在现有的光开关中互不相同的断面上的光的功率分布图；
图27(a)是该实施例的变形例的正面图；
图27(b)和(c)是其断面图；
图27(d)是其背面图；
图28是按照本实用新型的另一个实施例的光开关的透视图；
图29是按照本实用新型的另一个实施例的定向耦合器(光开关)的透视图；
图30是按照本实用新型的另一个实施例的马赫-钱德勒干涉仪定向耦合器(光开关)的透视图；
图31是按照本实用新型的另一个实施例的马赫-钱德勒干涉仪定向耦合器(可变衰减器)的透视图；
图32是按照本实用新型的另一个实施例的非对称马赫-钱德勒干涉仪定向耦合器(合波分波器)的透视图；
图33是按照本实用新型的另一个实施例的AWG弯曲芯(合波分波器)的透视图；
图34是按照本实用新型的另一个实施例的合波分波器的透视图；
图35是按照本实用新型的另一个实施例的光收发器的透视图；
图36是按照本实用新型的另一个实施例的光收发器的透视图。
具体实施方式
(第一实施例)
图9是作为本实用新型的一个实施例的光波导8的平面图，图10(a)～(c)分别表示图9所示的光波导8的正面图(具有芯9的光入射端14的面)、D—D′线的断面图、背面图(具有芯9的光出射端15a，15b的面)。本实用新型的光波导8由基板10、下包覆层11a、Y分支型芯9、上包覆层11b构成。芯9进行Y分支，非分支芯9a的一个端面为光入射端14，非分支芯9a的端部进行分支，分成分支芯9b、9c，分支芯9b、9c的端面为光出射端15a、15b。该光波导8把从芯9的光入射端14入射的光分支开，成为从光出射端15a，15b出射的光分支器。发光元件或光导纤维等投光装置耦连在光入射端14上，受光元件或光导纤维等受光装置耦连在光出射端15a，15b上。如图10(b)所示，分支部附近的芯9(分支芯9b、9c)的断面为梯形形状，与此相对，如图10(a)、(c)所示，芯9的端面14、15a、15b及其附近的断面形状为矩形。
在该光波导8中，在分支部附近的弯曲部分中，分支芯9b、9c的断面在外周侧弯曲成倒斜坡形。在芯的断面为矩形的情况下，在这样的弯曲部分中，如图6所示，光的传输模式的电场分布向外周侧移动，光向芯的外周侧放射而泄漏，但是，如该光波导8那样，在弯曲部分中，把芯9的断面在外周侧设置成倾斜为倒斜坡形，如图11所示，传输模式的电场分布向内周侧移动，光被封闭在芯9内而难于泄漏到外部，即使弯曲部分的曲率半径R变小，在芯9内传输的光的传输损耗也很小。
当使芯9的外周侧的侧面倾斜为倒斜坡形时，光难于泄漏而损耗变小的原因如下：图12是表示阶梯型二维芯的标准化频率V和标准化芯折射率b的关系的分散曲线(西原浩、春名正光、栖原敏明合著「光集成电路」，第16页，ォ-ム社，昭和60年2月25日发行)。其中，标准化频率V和标准化芯折射率b由下式(1)和式(2)提供，m被称为所传输的光的模式编号，a被称为非对称尺度。芯9的折射率为nf，下包覆层11a的折射率为ns，上包覆层11b的折射率为nc，
a＝(ns 2-nc 2)/(nf 2-ns 2)【式1】
V = k 0 T n f 2 - n s 2 · · · ( 1 )
b = N 2 - n S 2 n f 2 - n s 2 · · · ( 2 )
其中，k0是真空中的波数，真空中的光的波长为λ，k0＝2π/λ，T是芯的厚度，nf是芯9的折射率，ns为下包覆层11a的折射率。N是传输模式的实际折射率，光向芯的界面的入射角为θ，用N＝nfsinθ进行定义。
在上述光波导8中，由于外周侧侧面的倾斜，在芯9的外周侧的边缘(楔形部分)，芯9的厚度变薄。如从图12所看到的那样，当芯9的厚度T变薄时，标准化频率V变小，因此，在芯9的外周侧的边缘，标准化芯折射率b变小。或者，当从垂直于光波导8的方向上来看时，折射率大于上包覆层11b的芯9在外周部分变薄，因此，在芯9的外周部分，平均的折射率能够变小。结果，使图5所示的弯曲芯中的折射率的倾斜缓和，如图11所示，在芯9内传输的光的传输模式的电场分布被拉入到折射率高的内周侧，结果，光向外周侧的放射变小，能够减小芯9的弯曲部分的光的损耗。
这样，如果是能够抑制在分支芯9b、9c中产生的传输损耗的形状的芯9，即使加大分支部之间的角度，也能比现有的Y分支芯精度更高地传输光。由于分支芯9b、9c之间角度变大而使芯9的光出射端15a和光出射端15b远离，即使缩短芯9的全长，也能确保设置连接在光出射端15a，15b上的光学器件的空间。因此，本实用新型的光波导8能够作成小型的芯。
在本实用新型的光波导8中，芯9的端面的形状成为与例如光导纤维等进行连接的光学器件等的耦合损耗变小的形状，因此，即使在连接部分，损耗也小，能够高效率地传输光。
这样，在本实用新型的光波导8中，能够使芯9的形状根据其位置或者平面形状等来改变，而保证减小芯9的损耗，同时，增大弯曲部分的曲率，则芯9的形状的自由度变高。特别是，增大弯曲部分的曲率就能够避免光波导8变大变长，而能够实现光波导8的小型化。
而且，虽然芯9的断面形状(侧面的倾斜角)也能够急剧地变化，但是，最好使其缓慢地变化，来防止光在芯9内乱反射，或者，泄漏到外部去。
图13是说明上述光波导8的制造工序图。在本实用新型的光波导8的制造工序中，首先，在基板10上涂布未固化的紫外线固化树脂，用在表面上有反转图案的压模12模压，照射紫外线，使紫外线固化树脂固化，由此，形成下包覆层11a(图13(a)、(b))。在这样形成的下包覆层11a的下凹处注入折射率大于下包覆层11a的紫外线固化树脂(芯树脂)，用玻璃板等平板13按压，使紫外线固化树脂被填充到凹处内，照射紫外线，使紫外线固化树脂固化(图13(c))。接着，把平板13剥离后，置于旋涂机中，使下包覆层11a上的芯9薄薄地延伸(图13(d))。然后，如果涂布折射率小于芯9的构成上包覆层11b的树脂，并进行曝光，就完成了光波导8(图13(e))。所形成的芯9的厚度约为6～10μm，上包覆层11b的厚度约为10μm。而且，不必形成上包覆层11b。
在该光波导8的制造工序中使用的压模12或者压模的母盘能够通过对玻璃板和树脂板等进行激光加工而形成所希望的形状。因此，使用这样的压模12，就能够形成断面形状随位置而变化的芯9。而且，在该制造方法中，如图12所示，能够制作用半导体工艺不能形成而下底比上底长度短的倒梯形断面的芯9。而且，芯9也可以用注塑成型来形成。
在图10(b)中，使分支芯9b、9c的分支部分附近区域的断面形状为梯形，但是，非分支芯9a和远离分支芯9b、9c的位置等上，如图14所示，使断面形状成为梯形。分支芯9b、9c弯曲成S形，然后，在与图9的D1-D1′断面位置相反方向上弯曲的位置处(例如，D1-D1′断面和背面的中间附近)，也可以使外周侧的侧面倾斜，而形成图15那样的断面形状。
图16(a)～(c)分别表示该实施例中的光波导的变形例的正面图、相当于图9的D1-D1′线处的断面图、背面图。在形成芯9时，芯树脂从芯9的侧边溢出到下包覆层11a的上表面，而形成薄膜状的溢料层9d。在光波导8中，也可以形成如图16(a)～(c)所示的溢料层9d，但是，当芯9中传输的光入射到溢料层9d中时，光从溢料层9d泄漏到外部，因此，希望溢料层9d的厚度尽可能薄。
(第二实施例)
图17是本实用新型的另一个实施例的S形的光波导8(S形芯)的平面图。图18(a)～(c)分别是图17所示的光波导8的正面图、沿E—E′线的断面图、背面图。该光波导8由基板10、下包覆层11a、芯9、上包覆层11b构成，采用在第一实施例中说明的制造方法(复印工艺)来制造。在芯9的光入射端14上连接投光器件，在芯9的光出射端15上连接受光器件。
如图18(b)所示，芯9的弯曲部分的断面形状为梯形。该形状被设计成这样的形状：从芯9的光入射端14入射并且以单模传输过来的光，在入射到芯9的弯曲部分的侧面上时，入射角为临界角以上，以便抑制芯9内的光的损耗，并且，不会发生多模的光。
如本实用新型的光波导那样，如果把弯曲部分的芯9的侧面设计成能够抑制传输损耗的形状，就能够制作出弯曲部分的曲率半径比现有的同样的芯(S形芯)小的小型光波导。
(第三实施例)
图19是本实用新型的另一个实施例的光波导8(弯曲波导)的平面图。图19所示的光波导8的正面图、沿F—F′线的断面图、左侧面图没有图示，但是，分别为与图18(a)～(c)所示的相同的构造。该光波导8采用在第一实施例中说明的制造方法来制作，由基板10、下包覆层11a、芯9、上包覆层11b构成。
在该实施例的光波导8中，弯曲部分的芯9的断面形状为梯形(参照图18(b))。该形状被设计成：当从芯9的光入射端14入射的以单模传输的光入射到芯9的弯曲部的侧面上时，入射角为临界角以上，以便抑制在芯9内传输的光的损耗，而且，不会发生多模。
(第四实施例)
图20是本实用新型的另一个实施例中的光开关8A的平面图。图21(a)～(c)分别是图20的光开关8A的正面图、沿G—G′线的断面图、沿H—H′线的断面图、背面图。本实用新型的光开关8A由基板10、下包覆层11a、芯9(非分支芯9a、分支芯9b、9c)、上包覆层11b、加热器16a，16b构成，除了在上包覆层11b上形成由金属电极构成的加热器16a，16b这点之外，用与第一实施例中说明的光波导8相同的制造方法来制造。在本实用新型的光开关8A中，在上包覆层11b的上表面，夹着非分支芯9a而在分支芯9b的上方设置加热器16a，在分支芯9c的上方设置加热器16b。
如图21(b)、(c)所示，除了光入射端14和光出射端15a，15b及其附近的区域之外，非分支芯9a和分支芯9b、9c形成为两侧面倾斜的倒梯形断面；如图21(a)、(d)所示，光入射端14和光出射端15a，15b及其附近的区域形成为矩形断面，在其中间，断面形状逐渐变化。
本实用新型的光开关8A是一种光学开关器件，能够把从光入射端14入射到非分支芯9a中的光仅导入分支芯9b或分支芯9c的某一方。导入光的分支芯9b或分支芯9c的切换利用热光学效应(TO效应)来实现。
在此，加热器16a，16b通电而发热，仅加热一方的分支芯9b、9c。例如，如图22所示，当仅对加热器16b通电而使之发热时，在加热器16b的周围，产生图示那样的温度分布，分支芯9c被有效地加热，温度上升，但是，分支芯9b的温度几乎不会上升。当仅使加热器16a发热时，情况相反。
在此，说明这样的情况：使分支芯9b导通，而使分支芯9c关断，仅把从光入射端14入射的光导入分支芯9b中，从光出射端15a射出。在此情况下，把要切断光传输的分支芯9c上的加热器16b接通，加热分支芯9c，把传输光的分支芯9c上的加热器16a关断，由加热器16b加热的分支芯9c的折射率变得小于未加热的分支芯9b的折射率。当从光入射端14入射的光到达芯9的分支部分时，由于在分支芯9c侧折射率变低，因此，到达分支部分的光就被导入到分支芯9b侧，在分支芯9b中传输。
但是，在光开关8A中，如图21(b)、(c)所示，至少在加热器16a，16b正下方的分支部分中，非分支芯9a和分支芯9b、9c的两侧面倾斜，断面形状成为倒梯形形状，在与加热器16a，16b相平行的边中，接近于加热器16a，16b的边(上底)比远离加热器16a，16b的边(下底)长。因此，在分支芯9b、9c的两侧面成为楔形的部分中，分支芯9b、9c的厚度逐渐变薄，在分支芯9b、9c的两侧部，折射率变小，因此，在芯9的分支部分，进入到分支芯9b或9c内的光汇集到分支芯9b或9c的中央部，而抑制了由向左右两侧的放射所引起的泄漏。特别是，在接通加热器16a或16b时，加热器接通侧的分支芯9b、9c的两侧面的厚度薄的部分被有效地加热，折射率变小，因此，光在加热器关断侧的分支芯9c、9b中传输，而在加热器接通侧的分支芯9b、9c中，光不传输，但是，光传输的分支芯9c或分支芯9b内的光难于向另一方的分支芯9b或9c泄漏，光开关8A的消光比变高。例如，当使加热器16b接通时，分支芯9c的折射率被有效地降低，因此，光向分支芯9b传输，难于向分支芯9c泄漏，因此，消光比增高。
当使分支部分的芯9的断面形状成为接近于加热器16a，16b的边(上底)短于远离加热器16a，16b的边(下底)的梯形断面时，不能得到这样的提高消光比的效果。这是因为分支芯9b、9c的两侧的厚度薄的部分远离加热器16a，16b。
按照这样的构造的光开关8A，能够提高消光比，因此，不需要为了提高消光比而提高加热器16a，16b的功耗，能够把折射率大的部分和折射率小的部分之差抑制得较小，因此，难于发生多模光。
下面，设定具有分支部分的断面为梯形的芯9的光开关8A和具有断面为矩形的芯的现有的光开关，并把模拟在各自的芯中传输的光的功率的结果分别表示在图23和图24中。图23(a)用线的粗细来表示在本实用新型的光开关8A中，仅使一方的加热器接通时的传输的光的功率的平面图，图23(b)是横轴表示功率强度，纵轴表示光开关的长度方向的距离时的各分支芯内的功率变化的曲线图。同样，图24(a)用线的粗细来表示在现有的光开关中，仅使一方的加热器导通时的传播的光的功率的平面图，图24(b)是横轴表示功率强度，纵轴表示光开关的长度方向的距离时的各分支芯内的功率变化的曲线图。
比较图23和图24可以看出，在图24所示的现有的光开关中，在加热器接通侧的分支芯中，流过10％左右的功率的光，在加热器断开侧，仅传输90％左右的功率的光。与此相对，在图23所示的本实用新型的光开关中，在加热器接通侧的分支芯中流过的光的功率几乎为0，在加热器断开侧，几乎传输了100％的功率的光，实现了高的消光比和小的传输损耗。
图25(a)、(b)、(c)表示有关本实用新型的光开关，在图20的P1、P2、P3处的断面的光的功率分布。同样，图26(a)、(b)、(c)表示与现有的光开关相关，在相同的位置处的断面的光的功率分布。由图25和图26的比较可知，在本实用新型的光开关中，向加热器接通侧的分支芯的功率泄漏非常小。
在上述实施例的光开关8A中，不仅是非分支芯9a，分支芯9b、9c也可以形成为左右对称的断面形状，但是，对于分支芯9b、9c，也可以使远离另一方的分支芯9c，9b侧的侧面倾斜，而接近另一方的分支芯9c，9b侧的侧面成为垂直面。
图27(a)～(d)是该实施例的光开关8A的变形例的正面图、相当于图20的沿G—G′线的断面中的断面图、相当于图20的沿H—H′线的断面中的断面图、背面图。它们表示：当形成芯9(非分支芯9a、分支芯9b、9c)时，从芯9的两侧，芯树脂在下包覆层11a的上表面溢出，而形成薄膜状的溢料层9d的情况。在光开关8A中，可以形成图27(a)～(d)所示的溢料层9d，但是，当在芯9中传输的光入射到溢料层9d中时，光从溢料层9d泄漏到外部，因此，希望溢料层9d的厚度尽量薄。
(第五实施例)
图28是本实用新型的另一个实施例的光开关8B的说明图。该光开关8B用在第一实施例中说明的制造方法来形成，由基板10、下包覆层11a、芯9、上包覆层11b、加热器16构成。芯9具有两个以上的分支部分，具有三个以上的光出射端15a、15b、…。在上包覆层11b的上表面上，分别设置一组加热器16a，16b，以便于夹着芯9的各个分支部分。但是，通过分别切换各组加热器16a，16b，就能够把从光入射端14入射的光的传输去向切换到任意的光出射端15a，15b，…。
该光开关8B的芯9的分支部附近的断面形状为梯形，光入射端14和光出射端15a，15b，…成为与正方形和长方形等连接的光导纤维等的耦合损耗较少的形状。因此，根据该光开关8B，在分支部分中，能够仅向所希望的分支去向高效率地传输光，而且，在芯9的端面上，耦合损耗少，因此，能够高效率地传输、分配光。
(其他实施例)
本实用新型的光波导能够用于各种应用。例如，能够用于使用2条芯9和加热器16a，16b的图29这样的定向耦合器(光开关)8C、使用2条芯9和加热器16a，16b的图30这样的马赫-钱德勒干涉仪定向耦合器(光开关)8D、由在中途分支成两条并再接合起来的芯9和加热器16a，16b构成的图31这样的马赫-钱德勒干涉仪定向耦合器(可变衰减器)8E、用不对称的两条芯9所构成的图32这样的非对称马赫-钱德勒干涉仪定向耦合器(合波分波器)8F、由多条芯9和星型耦合器17构成的图33这样的AWG弯曲芯(合波分波器)合波分波器8G、由多条芯9和滤光器18所构成的图34这样的合波分波器8H、由Y分支的芯9和滤光器18所构成的图35这样的光收发器8I(在图示中省略了光源和光检测器件)、由2条芯9所构成的不对称马赫-钱德勒干涉仪定向耦合器所形成的图36这样的光收发器8J(在图示中省略了光源和光检测器件)等。
按照本实用新型的光波导，由于在沿着芯的长度方向的方向上，芯的断面形状不是恒定的，存在变化的部分，因此，即使使用均一的芯材料，通过使断面形状变化，也能够使芯的实际折射率变化。这样，通过断面形状的变化，能够在芯的任意位置上控制芯的实际折射率，能够控制通过芯传输的电场分布。例如，在芯的弯曲部分和分支部分中，能够控制光的电场分布，以使光难于从芯中泄漏而损耗。这样，能够在抑制传输损耗的同时以大的曲率使芯弯曲，因此，增大了芯的形状的自由度，并且，不会加大光波导，能够在芯的方向上作成大的弯曲。
按照本实用新型的光学部件，用加热装置把芯加热，使芯的折射率变化，能够控制在芯中传输的光的动作。使用本实用新型的光波导，能够减小光的损耗，同时，使芯的断面形状变化，由此，就能够控制用加热装置进行加热时的光的动作。这样，就通过对加热装置的控制就能够控制在芯内传输的光的动作，能够得到损耗小的小型光学部件。
按照本实用新型的光开关，通过控制加热装置对芯的加热位置，就能够切换分支部分中的光的传输方向。由于在沿着芯的长度方向的方向上，芯的断面形状不是恒定的，存在变化的部分，因此，即使使用均一的芯材料，也能通过使断面形状变化而使芯的实际折射率变化。这样，就能够通过断面形状的变化在芯的任意位置上控制芯的实际折射率，能够控制芯中传输的电场分布。例如，在芯的弯曲部分和分支部分中，能够控制光的电场分布，以使光难于从芯中泄漏而产生损耗。这样，能够在抑制损耗的同时以大的曲率来使芯弯曲，因此，芯的形状的自由度增加，并且，不会加大光开关，能够在芯的方向上作成大的弯曲。这样，按照本实用新型，就能够制作出低损耗并且消光比高的光开关。

Claims (9)

1.一种光波导，设置有封闭地传输光的芯，其特征在于，
所述芯具有断面的中央部的厚度与断面的两侧部的厚度不同的区域，并且，在沿着芯的长度方向的方向上，芯的断面形状不是恒定的。
2.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述芯的断面上的侧面的轮廓在沿着芯的长度方向的方向上有变化。
3.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述芯的至少一部分区域的断面成为梯形，所述芯的侧面的斜度在沿着芯的长度方向的方向上有变化。
4.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述芯的端面形状为适合于减小与耦连在所述芯的端面上的器件的耦合损耗的形状。
5.一种光学部件，其特征在于，在权利要求1至4任一项所述的光波导中附加用于加热所述芯的加热装置。
6.一种光开关，包括具有分支部分的芯和加热所述芯的分支部分的加热装置，其特征在于，
所述芯具有断面的中央部的厚度与断面的两侧部的厚度不同的区域，并且，在沿着芯的长度方向的方向上，芯的断面形状不是恒定的。
7.根据权利要求6所述的光开关，其特征在于，在所述芯的分支部分的断面中，当在与配置所述加热装置的面相垂直的方向把芯的断面二等分时，在二等分的断面中，接近所述加热装置侧的断面的面积大于远离所述加热装置侧的断面的面积。
8.根据权利要求6所述的光开关，其特征在于，在与配置所述加热装置的面相平行的方向上的边中，接近所述加热装置侧的边的长度大于远离所述加热装置侧的边的长度。
9.根据权利要求6所述的光开关，其特征在于，所述芯的断面形状为适合于减小与耦连在所述芯的端面上的器件的耦合损耗的形状。
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