JP2001166345A - 熱光学スイッチアレイ - Google Patents
熱光学スイッチアレイInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱光学スイッチを並列に配置した熱光学スイ
ッチアレイにおいて、消光比の劣化を低減させ、光スイ
ッチとしての特性を最大限に発揮させる。 【解決手段】 基板上の２本の光導波路を近接させてな
る第１方向性結合器及び第２方向性結合器と、前記第１
方向性結合器及び第２方向性結合器とを連結する２本の
アーム光導波路と、前記アーム光導波路の途中に当該ア
ーム光導波路を分断し、該分断部分に充填された前記ア
ーム光導波路の熱光学定数より大きい熱光学定数を持つ
有機材料と、前記２本のアーム光導波路の間に光路長差
を与える薄膜ヒータからなるマッハツェンダー型の熱光
学スイッチを複数個並列に配置した熱光学スイッチアレ
イにおいて、隣接する熱光学スイッチ同士の中心の位置
が、前記アーム光導波路内の光の伝播方向に所定量ずれ
ている熱光学スイッチアレイである。
ッチアレイにおいて、消光比の劣化を低減させ、光スイ
ッチとしての特性を最大限に発揮させる。 【解決手段】 基板上の２本の光導波路を近接させてな
る第１方向性結合器及び第２方向性結合器と、前記第１
方向性結合器及び第２方向性結合器とを連結する２本の
アーム光導波路と、前記アーム光導波路の途中に当該ア
ーム光導波路を分断し、該分断部分に充填された前記ア
ーム光導波路の熱光学定数より大きい熱光学定数を持つ
有機材料と、前記２本のアーム光導波路の間に光路長差
を与える薄膜ヒータからなるマッハツェンダー型の熱光
学スイッチを複数個並列に配置した熱光学スイッチアレ
イにおいて、隣接する熱光学スイッチ同士の中心の位置
が、前記アーム光導波路内の光の伝播方向に所定量ずれ
ている熱光学スイッチアレイである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱光学スイッチを
集積化した熱光学スイッチアレイに関し、特に、マッハ
ツェンダー型の熱光学スイッチを同一基板上に複数個配
置した熱光学スイッチアレイに適用して有効な技術であ
る。
集積化した熱光学スイッチアレイに関し、特に、マッハ
ツェンダー型の熱光学スイッチを同一基板上に複数個配
置した熱光学スイッチアレイに適用して有効な技術であ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、光通信システムや光伝送システム
等で用いられる光スイッチアレイとしてマッハツェンダ
ー型の熱光学スイッチを複数個並列に配置した熱光学ス
イッチアレイがある。
等で用いられる光スイッチアレイとしてマッハツェンダ
ー型の熱光学スイッチを複数個並列に配置した熱光学ス
イッチアレイがある。
【０００３】前記マッハツェンダー型の熱光学スイッチ
は、図８に示すように、基板上のクラッド層１の内部の
２本の光導波路２を近接させてなる第１方向性結合器３
Ａ及び第２方向性結合器３Ｂと、前記第１方向性結合器
３Ａ及び第２方向性結合器３Ｂを連結する２本の第１ア
ーム光導波路４Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂと、前記
第１アーム光導波路４Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂに
熱光学効果を与えて光路長を変化させ、伝播光の位相を
シフトさせる薄膜ヒータ５からなり、同一基板上に、前
記熱光学スイッチの中心軸をおなじくして４列並べた光
スイッチアレイとして用いられる。前記基板上の第１ス
イッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ
３、第４スイッチＳＷ４はそれぞれ、熱伝導防止溝６に
より隔てられている。
は、図８に示すように、基板上のクラッド層１の内部の
２本の光導波路２を近接させてなる第１方向性結合器３
Ａ及び第２方向性結合器３Ｂと、前記第１方向性結合器
３Ａ及び第２方向性結合器３Ｂを連結する２本の第１ア
ーム光導波路４Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂと、前記
第１アーム光導波路４Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂに
熱光学効果を与えて光路長を変化させ、伝播光の位相を
シフトさせる薄膜ヒータ５からなり、同一基板上に、前
記熱光学スイッチの中心軸をおなじくして４列並べた光
スイッチアレイとして用いられる。前記基板上の第１ス
イッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ
３、第４スイッチＳＷ４はそれぞれ、熱伝導防止溝６に
より隔てられている。
【０００４】前記熱光学スイッチは、第１方向性結合器
３Ａ及び第２方向性結合器３Ｂを用いたマッハツェンダ
ー干渉計になっており、前記第１アーム光導波路４Ａと
第２アーム光導波路４Ｂの間の光路長差をアーム光導波
路間のクラッド層１の表面に配置した薄膜ヒータ５で制
御することにより光のスイッチングを行う。このとき、
図８では省略しているが、前記熱光学効果をあたえるべ
き第１アーム光導波路４Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂ
のそれぞれの途中には、アーム光導波路を分断する溝が
形成されており、その溝に前記アーム光導波路の熱光学
定数より大きい熱光学定数を持つ有機材料を充填するこ
とによりスイッチング時の低消費電力化をはかってい
る。
３Ａ及び第２方向性結合器３Ｂを用いたマッハツェンダ
ー干渉計になっており、前記第１アーム光導波路４Ａと
第２アーム光導波路４Ｂの間の光路長差をアーム光導波
路間のクラッド層１の表面に配置した薄膜ヒータ５で制
御することにより光のスイッチングを行う。このとき、
図８では省略しているが、前記熱光学効果をあたえるべ
き第１アーム光導波路４Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂ
のそれぞれの途中には、アーム光導波路を分断する溝が
形成されており、その溝に前記アーム光導波路の熱光学
定数より大きい熱光学定数を持つ有機材料を充填するこ
とによりスイッチング時の低消費電力化をはかってい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の技術では、例えば、図９に示すように、第１スイッ
チＳＷ１の薄膜ヒータ５Ａに電流を流して、第１アーム
光導波路４Ａと第２アーム光導波路４Ｂの間に光路長差
を与え、前記第１スイッチＳＷ１において光のスイッチ
ングを行おうとした時に、前記薄膜ヒータ５Ａから発せ
られた熱が前記クラッド層１を伝導し、前記第１スイッ
チＳＷ１の周辺に熱分布１３が生じる。
来の技術では、例えば、図９に示すように、第１スイッ
チＳＷ１の薄膜ヒータ５Ａに電流を流して、第１アーム
光導波路４Ａと第２アーム光導波路４Ｂの間に光路長差
を与え、前記第１スイッチＳＷ１において光のスイッチ
ングを行おうとした時に、前記薄膜ヒータ５Ａから発せ
られた熱が前記クラッド層１を伝導し、前記第１スイッ
チＳＷ１の周辺に熱分布１３が生じる。
【０００６】前記従来の熱光学スイッチアレイでは、前
記第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２の間に熱伝
導防止溝６を形成することにより、隣接する第２スイッ
チＳＷ２側へ伝導する熱の量を低減させているが、前記
熱伝導防止溝６で熱伝導を完全に遮断することができ
ず、前記熱分布１３が隣接する第２スイッチＳＷ２の第
３アーム光導波路４Ｃ及び第４アーム光導波路４Ｄ部分
にまで及んでしまう。なお、前記熱分布１３が楕円形に
見えるのは、図９における第１スイッチＳＷ１及び第２
スイッチＳＷ２の縦横の縮尺が実際の熱光学スイッチと
違うためであり、実際にはより円形に近い熱分布を持
つ。
記第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２の間に熱伝
導防止溝６を形成することにより、隣接する第２スイッ
チＳＷ２側へ伝導する熱の量を低減させているが、前記
熱伝導防止溝６で熱伝導を完全に遮断することができ
ず、前記熱分布１３が隣接する第２スイッチＳＷ２の第
３アーム光導波路４Ｃ及び第４アーム光導波路４Ｄ部分
にまで及んでしまう。なお、前記熱分布１３が楕円形に
見えるのは、図９における第１スイッチＳＷ１及び第２
スイッチＳＷ２の縦横の縮尺が実際の熱光学スイッチと
違うためであり、実際にはより円形に近い熱分布を持
つ。
【０００７】この前記第１スイッチＳＷ１からの熱伝導
により、前記第２スイッチＳＷ２の第３アーム光導波路
４Ｃはアーム光導波路分断溝８が設けられた部分の温度
が上昇し、前記第４アーム光導波路４Ｄは前記アーム光
導波路分断溝８が設けられていない部分の温度が上昇す
る。シリコーン樹脂と石英ガラスは熱光学定数が正負反
対であるため、第３アーム光導波路４Ｃと第４アーム光
導波路４Ｄの光路長もまた正負反対になり光路長差は温
度に大きく依存し、隣接する前記第２スイッチＳＷ２の
薄膜ヒータ５Ｂに電流を流さない状態でも前記第３アー
ム光導波路４Ｃと第４アーム光導波路４Ｄの間に光路長
差が生じてしまう。そのため、光路長差がない状態の前
記第３アーム光導波路４Ｃと第４アーム光導波路４Ｄ
に、伝搬光の波長の２分の１（１／２波長）の光路長差
を生じさせる大きさの電流を薄膜ヒータ５Ｂに流すと、
その光路長差は１／２波長にならないので、前記第２ス
イッチＳＷ２の消光比が劣化する。すなわち、従来の熱
光学スイッチアレイでは、隣接する熱光学スイッチで発
生する熱の影響を受けるため、単独の熱光学スイッチに
比べて消光比が劣化してしまうという問題があった。
により、前記第２スイッチＳＷ２の第３アーム光導波路
４Ｃはアーム光導波路分断溝８が設けられた部分の温度
が上昇し、前記第４アーム光導波路４Ｄは前記アーム光
導波路分断溝８が設けられていない部分の温度が上昇す
る。シリコーン樹脂と石英ガラスは熱光学定数が正負反
対であるため、第３アーム光導波路４Ｃと第４アーム光
導波路４Ｄの光路長もまた正負反対になり光路長差は温
度に大きく依存し、隣接する前記第２スイッチＳＷ２の
薄膜ヒータ５Ｂに電流を流さない状態でも前記第３アー
ム光導波路４Ｃと第４アーム光導波路４Ｄの間に光路長
差が生じてしまう。そのため、光路長差がない状態の前
記第３アーム光導波路４Ｃと第４アーム光導波路４Ｄ
に、伝搬光の波長の２分の１（１／２波長）の光路長差
を生じさせる大きさの電流を薄膜ヒータ５Ｂに流すと、
その光路長差は１／２波長にならないので、前記第２ス
イッチＳＷ２の消光比が劣化する。すなわち、従来の熱
光学スイッチアレイでは、隣接する熱光学スイッチで発
生する熱の影響を受けるため、単独の熱光学スイッチに
比べて消光比が劣化してしまうという問題があった。
【０００８】本発明の目的は、熱光学スイッチを並列に
配置した熱光学スイッチアレイにおいて、消光比の劣化
を低減させ、光スイッチとしての特性を最大限に発揮す
ることが可能な技術を提供することにある。
配置した熱光学スイッチアレイにおいて、消光比の劣化
を低減させ、光スイッチとしての特性を最大限に発揮す
ることが可能な技術を提供することにある。
【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明ら
かになるであろう。
な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明ら
かになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【００１１】（１）基板上の２本の光導波路を近接させ
てなる第１方向性結合器及び第２方向性結合器と、前記
第１方向性結合器及び第２方向性結合器とを連結する２
本のアーム光導波路と、前記アーム光導波路の途中に当
該アーム光導波路を分断し、該分断部分に充填された前
記アーム光導波路の熱光学定数より大きい熱光学定数を
持つ有機材料と、前記２本のアーム光導波路の間に光路
長差を与える薄膜ヒータからなるマッハツェンダー型の
熱光学スイッチを、前記基板上に複数個並列に配置した
熱光学スイッチアレイにおいて、隣接する熱光学スイッ
チ同士の中心の位置が、前記アーム光導波路内の光の伝
播方向に所定量ずれている熱光学スイッチアレイであ
る。
てなる第１方向性結合器及び第２方向性結合器と、前記
第１方向性結合器及び第２方向性結合器とを連結する２
本のアーム光導波路と、前記アーム光導波路の途中に当
該アーム光導波路を分断し、該分断部分に充填された前
記アーム光導波路の熱光学定数より大きい熱光学定数を
持つ有機材料と、前記２本のアーム光導波路の間に光路
長差を与える薄膜ヒータからなるマッハツェンダー型の
熱光学スイッチを、前記基板上に複数個並列に配置した
熱光学スイッチアレイにおいて、隣接する熱光学スイッ
チ同士の中心の位置が、前記アーム光導波路内の光の伝
播方向に所定量ずれている熱光学スイッチアレイであ
る。
【００１２】（２）前記手段（１）の熱光学スイッチア
レイにおいて、前記隣接する熱光学スイッチ同士の中心
の位置のずれ量が２５０μmから１５００μmである。前
記隣接する熱光学スイッチ同士の中心の位置のずれ量
は、３００μmから１１００μmが最も好ましい。
レイにおいて、前記隣接する熱光学スイッチ同士の中心
の位置のずれ量が２５０μmから１５００μmである。前
記隣接する熱光学スイッチ同士の中心の位置のずれ量
は、３００μmから１１００μmが最も好ましい。
【００１３】以下、本発明について、図面を参照して実
施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。なお、実
施例を説明するための全図において、同一機能を有する
ものは、同一符号をつけ、その繰り返しの説明は省略す
る。
施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。なお、実
施例を説明するための全図において、同一機能を有する
ものは、同一符号をつけ、その繰り返しの説明は省略す
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明による一実施形態の
熱光学スイッチアレイの概略構成を示す模式平面図であ
り、１はクラッド層、２は光導波路、３Ａは第１方向性
結合器、３Ｂは第２方向性結合器、４Ａは第１アーム光
導波路、４Ｂは第２アーム光導波路、５は薄膜ヒータ、
６は熱伝導防止溝、ＳＷ１は第１スイッチ、ＳＷ２は第
２スイッチ、ＳＷ３は第３スイッチ、ＳＷ４は第４スイ
ッチ、ΔＸは中心の位置のずれである。
熱光学スイッチアレイの概略構成を示す模式平面図であ
り、１はクラッド層、２は光導波路、３Ａは第１方向性
結合器、３Ｂは第２方向性結合器、４Ａは第１アーム光
導波路、４Ｂは第２アーム光導波路、５は薄膜ヒータ、
６は熱伝導防止溝、ＳＷ１は第１スイッチ、ＳＷ２は第
２スイッチ、ＳＷ３は第３スイッチ、ＳＷ４は第４スイ
ッチ、ΔＸは中心の位置のずれである。
【００１５】本実施形態の熱光学スイッチアレイは、図
１に示すように、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳ
Ｗ２、第３スイッチＳＷ３、第４スイッチＳＷ４の４つ
の熱光学スイッチが並列に配置されたものである。
１に示すように、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳ
Ｗ２、第３スイッチＳＷ３、第４スイッチＳＷ４の４つ
の熱光学スイッチが並列に配置されたものである。
【００１６】前記第１スイッチＳＷ１は、基板上に設け
られるクラッド層１と、前記クラッド層１内の２本の光
導波路２と、前記２本の光導波路２を近接させてなる第
１方向性結合器３Ａ及び第２方向性結合器３Ｂと、前記
第１方向性結合器３Ａと前記第２方向性結合器３Ｂを連
結する第１アーム光導波路４Ａ及び第２アーム光導波路
４Ｂと、前記第１アーム光導波路４Ａ及び第２アーム光
導波路４Ｂに熱光学効果を与える薄膜ヒータ５とにより
構成される。
られるクラッド層１と、前記クラッド層１内の２本の光
導波路２と、前記２本の光導波路２を近接させてなる第
１方向性結合器３Ａ及び第２方向性結合器３Ｂと、前記
第１方向性結合器３Ａと前記第２方向性結合器３Ｂを連
結する第１アーム光導波路４Ａ及び第２アーム光導波路
４Ｂと、前記第１アーム光導波路４Ａ及び第２アーム光
導波路４Ｂに熱光学効果を与える薄膜ヒータ５とにより
構成される。
【００１７】残りの第２スイッチＳＷ２、第３スイッチ
ＳＷ３、第４スイッチＳＷ４についても、それぞれ前記
第１スイッチＳＷ１と同様の構成であり、同一のクラッ
ド層１内に形成されている。また、前記第１スイッチＳ
Ｗ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、第４
スイッチＳＷ４のそれぞれは前記クラッド層１に設けら
れた熱伝導防止溝６により隔てられている。
ＳＷ３、第４スイッチＳＷ４についても、それぞれ前記
第１スイッチＳＷ１と同様の構成であり、同一のクラッ
ド層１内に形成されている。また、前記第１スイッチＳ
Ｗ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、第４
スイッチＳＷ４のそれぞれは前記クラッド層１に設けら
れた熱伝導防止溝６により隔てられている。
【００１８】また、本実施形態の前記熱光学スイッチア
レイは、隣接する熱光学スイッチ、例えば、前記第１ス
イッチＳＷ１と前記第２スイッチＳＷ２の中心の位置
は、光の伝播方向にΔＸだけずらして配置されている。
ここで、前記熱光学スイッチの中心の位置は、第１方向
性結合器３Ａと第２方向性結合器３Ｂを連結する第１ア
ーム光導波路４Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂにおける
中心としている。
レイは、隣接する熱光学スイッチ、例えば、前記第１ス
イッチＳＷ１と前記第２スイッチＳＷ２の中心の位置
は、光の伝播方向にΔＸだけずらして配置されている。
ここで、前記熱光学スイッチの中心の位置は、第１方向
性結合器３Ａと第２方向性結合器３Ｂを連結する第１ア
ーム光導波路４Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂにおける
中心としている。
【００１９】図２乃至図５は本実施形態の熱光学スイッ
チの概略構成を示す模式図であり、図２は一つの熱光学
スイッチの拡大平面図、図３は図２の部分拡大図、図４
は図２のＡ−Ａ′線での断面図、図５は図３のＢ−Ｂ′
線での断面図である。
チの概略構成を示す模式図であり、図２は一つの熱光学
スイッチの拡大平面図、図３は図２の部分拡大図、図４
は図２のＡ−Ａ′線での断面図、図５は図３のＢ−Ｂ′
線での断面図である。
【００２０】図２において、２Ａは第１入力用光導波
路、２Ｂは第２入力用光導波路、２Ｃは第１出力用光導
波路、２Ｄは第２出力用光導波路、７は配線、８はアー
ム光導波路分断溝、９はシリコーン樹脂であり、図３に
おいて、１０は薄膜ヒータにより加熱する領域であり、
図４及び図５において、１１はＳｉ基板、１２はヒータ
保護膜である。
路、２Ｂは第２入力用光導波路、２Ｃは第１出力用光導
波路、２Ｄは第２出力用光導波路、７は配線、８はアー
ム光導波路分断溝、９はシリコーン樹脂であり、図３に
おいて、１０は薄膜ヒータにより加熱する領域であり、
図４及び図５において、１１はＳｉ基板、１２はヒータ
保護膜である。
【００２１】本実施形態の熱光学スイッチは、マッハツ
ェンダー型の熱光学スイッチであり、図２乃至図５に示
すように、Ｓｉ基板１１上のクラッド層１内に設けられ
る第１入力用光導波路２Ａ及び第２入力用光導波路２Ｂ
を近接させた、例えば３ｄＢ結合器のような第１方向性
結合器３Ａと、前記第１方向性結合器３Ａで２分された
光に位相差を与えるための第１アーム光導波路４Ａ及び
第２アーム光導波路４Ｂと、前記第１アーム光導波路４
Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂを伝播した光を結合さ
せ、スイッチングする第２方向性結合器３Ｂと、前記第
２方向性結合器３Ｂでスイッチングした光が出力される
第１出力用光導波路２Ｃ及び第２出力用光導波路２Ｄか
らなる。前記クラッド層１上には、前記薄膜ヒータ５及
び配線７を保護するヒータ保護膜１２が設けられてい
る。また、前記第１アーム光導波路４Ａ及び第２アーム
光導波路４Ｂには、それぞれの前記アーム光導波路４
Ａ，４Ｂを分断するアーム光導波路分断溝８が複数個設
けられている。このアーム導波路分断溝８には前記ヒー
タ保護膜１２上から塗布されたシリコーン樹脂９が充填
されている。
ェンダー型の熱光学スイッチであり、図２乃至図５に示
すように、Ｓｉ基板１１上のクラッド層１内に設けられ
る第１入力用光導波路２Ａ及び第２入力用光導波路２Ｂ
を近接させた、例えば３ｄＢ結合器のような第１方向性
結合器３Ａと、前記第１方向性結合器３Ａで２分された
光に位相差を与えるための第１アーム光導波路４Ａ及び
第２アーム光導波路４Ｂと、前記第１アーム光導波路４
Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂを伝播した光を結合さ
せ、スイッチングする第２方向性結合器３Ｂと、前記第
２方向性結合器３Ｂでスイッチングした光が出力される
第１出力用光導波路２Ｃ及び第２出力用光導波路２Ｄか
らなる。前記クラッド層１上には、前記薄膜ヒータ５及
び配線７を保護するヒータ保護膜１２が設けられてい
る。また、前記第１アーム光導波路４Ａ及び第２アーム
光導波路４Ｂには、それぞれの前記アーム光導波路４
Ａ，４Ｂを分断するアーム光導波路分断溝８が複数個設
けられている。このアーム導波路分断溝８には前記ヒー
タ保護膜１２上から塗布されたシリコーン樹脂９が充填
されている。
【００２２】本実施形態の熱光学スイッチアレイでは、
薄膜ヒータ５の長さを１ｍｍ、薄膜ヒータ５の幅を２０
μｍ、アーム光導波路分断溝８の長さを３０μｍ、アー
ム導波路分断溝８の深さを３０μｍ、アーム光導波路分
断溝８の間隔を５０μｍ、アーム光導波路１本当たりの
アーム光導波路分断溝８の数を２０個、第１アーム光導
波路４Ａと第２アーム光導波路４Ｂの間隔を７０μｍと
して設計した熱光学スイッチを図１に示すように並列に
配置している。また、前記隣接する熱光学スイッチ同士
の中心の位置のずれΔＸは３００μｍとしている。
薄膜ヒータ５の長さを１ｍｍ、薄膜ヒータ５の幅を２０
μｍ、アーム光導波路分断溝８の長さを３０μｍ、アー
ム導波路分断溝８の深さを３０μｍ、アーム光導波路分
断溝８の間隔を５０μｍ、アーム光導波路１本当たりの
アーム光導波路分断溝８の数を２０個、第１アーム光導
波路４Ａと第２アーム光導波路４Ｂの間隔を７０μｍと
して設計した熱光学スイッチを図１に示すように並列に
配置している。また、前記隣接する熱光学スイッチ同士
の中心の位置のずれΔＸは３００μｍとしている。
【００２３】本実施形態で用いるマッハツェンダー型の
熱光学スイッチは、前記第１入力用光導波路２Ａから入
射した光は、前記第１方向性結合器３Ａで２分されて前
記第１アーム光導波路４Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂ
のそれぞれを伝播する。前記第１アーム光導波路４Ａ及
び第２アーム光導波路４Ｂを伝播した光は、前記第２方
向性結合器で結合されて、前記第１出力用光導波路２
Ｃ、あるいは第２出力用光導波路２Ｄのいずれかから出
射する。
熱光学スイッチは、前記第１入力用光導波路２Ａから入
射した光は、前記第１方向性結合器３Ａで２分されて前
記第１アーム光導波路４Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂ
のそれぞれを伝播する。前記第１アーム光導波路４Ａ及
び第２アーム光導波路４Ｂを伝播した光は、前記第２方
向性結合器で結合されて、前記第１出力用光導波路２
Ｃ、あるいは第２出力用光導波路２Ｄのいずれかから出
射する。
【００２４】本実施形態の熱光学スイッチでは、前記第
１入力用光導波路２Ａから入射した光は、前記薄膜ヒー
タ５に電流を流さない状態の時に前記第１出力用光導波
路２Ｄから出射され、前記薄膜ヒータ５に電流を流して
前記第１アーム光導波路４Ａと第２アーム光導波路４Ｂ
の間に生じた光路長差が伝播する光の波長の２分の１に
なった時に前記第２出力用光導波路２Ｃから出射される
ように設計されている。
１入力用光導波路２Ａから入射した光は、前記薄膜ヒー
タ５に電流を流さない状態の時に前記第１出力用光導波
路２Ｄから出射され、前記薄膜ヒータ５に電流を流して
前記第１アーム光導波路４Ａと第２アーム光導波路４Ｂ
の間に生じた光路長差が伝播する光の波長の２分の１に
なった時に前記第２出力用光導波路２Ｃから出射される
ように設計されている。
【００２５】前記薄膜ヒータ５に電流を流すと、図３に
示したように、前記薄膜ヒータ５の周辺の加熱する領域
１０にある前記第１アーム光導波路４Ａ及び第２アーム
光導波路４Ｂは加熱されて温度が上昇する。前記アーム
光導波路分断溝８に充填されたシリコーン樹脂９の熱光
学定数は−３．７×１０-4（１／℃）、前記第１アーム
光導波路４Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂを構成する石
英ガラスの熱光学定数は１×１０-5（１／℃）であるた
め、この熱光学定数差により前記第１アーム光導波路４
Ａと第２アーム光導波路４Ｂの間に光路長差が生じる。
示したように、前記薄膜ヒータ５の周辺の加熱する領域
１０にある前記第１アーム光導波路４Ａ及び第２アーム
光導波路４Ｂは加熱されて温度が上昇する。前記アーム
光導波路分断溝８に充填されたシリコーン樹脂９の熱光
学定数は−３．７×１０-4（１／℃）、前記第１アーム
光導波路４Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂを構成する石
英ガラスの熱光学定数は１×１０-5（１／℃）であるた
め、この熱光学定数差により前記第１アーム光導波路４
Ａと第２アーム光導波路４Ｂの間に光路長差が生じる。
【００２６】すなわち、前記配線７から前記薄膜ヒータ
５に流す電流の大きさを制御することにより、前記第１
アーム光導波路４Ａと第２アーム光導波路４Ｂの間の光
路長差を変化させることにより、熱光学スイッチを実現
している。
５に流す電流の大きさを制御することにより、前記第１
アーム光導波路４Ａと第２アーム光導波路４Ｂの間の光
路長差を変化させることにより、熱光学スイッチを実現
している。
【００２７】図６は、本実施例１の熱光学スイッチアレ
イの作用効果を説明するための図であり、４Ｃは第３ア
ーム光導波路、４Ｄは第４アーム光導波路、１３は熱分
布である。
イの作用効果を説明するための図であり、４Ｃは第３ア
ーム光導波路、４Ｄは第４アーム光導波路、１３は熱分
布である。
【００２８】本実施形態の熱光学スイッチでは、前記薄
膜ヒータ５により加熱する領域１０が、図３に示すよう
に、前記薄膜ヒータ５の近傍の前記第１アーム光導波路
４Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂ部分のみであればよい
が、実際には、薄膜ヒータ５から発生する熱は前記クラ
ッド層１を伝導していくため、熱分布１３は、図６に示
すように、隣接する第２スイッチＳＷ２のアーム光導波
路部分にまで及んでしまう。
膜ヒータ５により加熱する領域１０が、図３に示すよう
に、前記薄膜ヒータ５の近傍の前記第１アーム光導波路
４Ａ及び第２アーム光導波路４Ｂ部分のみであればよい
が、実際には、薄膜ヒータ５から発生する熱は前記クラ
ッド層１を伝導していくため、熱分布１３は、図６に示
すように、隣接する第２スイッチＳＷ２のアーム光導波
路部分にまで及んでしまう。
【００２９】従来の熱光学スイッチアレイのように、各
スイッチの中心の位置をずらさないで配置した場合、前
記第１スイッチＳＷ１の薄膜ヒータ５Ａに電流を流した
時に、隣接する第２スイッチＳＷ２の薄膜ヒータ５Ｂ周
辺の熱分布１３が図９のようになり、隣接する前記第２
スイッチＳＷ２の薄膜ヒータ５Ｂに電流を流さない状態
でも前記第３アーム光導波路４Ｃと第４アーム光導波路
４Ｄの間に光路長差が生じ、消光比の劣化を引き起こし
ていた。
スイッチの中心の位置をずらさないで配置した場合、前
記第１スイッチＳＷ１の薄膜ヒータ５Ａに電流を流した
時に、隣接する第２スイッチＳＷ２の薄膜ヒータ５Ｂ周
辺の熱分布１３が図９のようになり、隣接する前記第２
スイッチＳＷ２の薄膜ヒータ５Ｂに電流を流さない状態
でも前記第３アーム光導波路４Ｃと第４アーム光導波路
４Ｄの間に光路長差が生じ、消光比の劣化を引き起こし
ていた。
【００３０】そこで、本実施形態のように、隣接する前
記第２スイッチＳＷ２の中心の位置をΔＸだけずらして
配置すると、前記熱分布１３は、図６のようになり、シ
リコーン樹脂９と石英ガラスへの熱分布を第３アーム光
導波路４Ｃと第４アーム光導波路４Ｄで同様にすること
ができる。言いかえると、前記第３アーム光導波路４Ｃ
の温度が上昇する部分と前記第４アーム光導波路４Ｄの
温度が上昇する部分は、それぞれ前記アーム光導波路分
断溝８がほぼ同様に設けられた部分になるので、前記第
３アーム光導波路４Ｃ及びアーム光導波路４Ｄにおける
シリコーン樹脂の光路長変化と石英ガラスの光路長変化
がほぼ等しくなりキャンセルしあう。そのため、前記薄
膜ヒータ５Ｂに電流を流さない状態の時に、前記第１ス
イッチＳＷ１で発生する熱の影響で前記第３アーム光導
波路４Ｃとアーム光導波路４Ｄの間に生じる光路長差を
抑えることができ、前記第２スイッチＳＷ２の消光比の
劣化を低減させることができる。
記第２スイッチＳＷ２の中心の位置をΔＸだけずらして
配置すると、前記熱分布１３は、図６のようになり、シ
リコーン樹脂９と石英ガラスへの熱分布を第３アーム光
導波路４Ｃと第４アーム光導波路４Ｄで同様にすること
ができる。言いかえると、前記第３アーム光導波路４Ｃ
の温度が上昇する部分と前記第４アーム光導波路４Ｄの
温度が上昇する部分は、それぞれ前記アーム光導波路分
断溝８がほぼ同様に設けられた部分になるので、前記第
３アーム光導波路４Ｃ及びアーム光導波路４Ｄにおける
シリコーン樹脂の光路長変化と石英ガラスの光路長変化
がほぼ等しくなりキャンセルしあう。そのため、前記薄
膜ヒータ５Ｂに電流を流さない状態の時に、前記第１ス
イッチＳＷ１で発生する熱の影響で前記第３アーム光導
波路４Ｃとアーム光導波路４Ｄの間に生じる光路長差を
抑えることができ、前記第２スイッチＳＷ２の消光比の
劣化を低減させることができる。
【００３１】図７は、本実施形態の熱光学スイッチアレ
イの特性を示す図であり、前記第１スイッチＳＷ１の薄
膜ヒータ５Ａに一定の電流を流した状態で、隣接する第
２スイッチＳＷ２の中心の位置をずらした時の、中心の
位置のずれΔＸと前記第２スイッチＳＷ２の消光比劣化
との関係を示している。
イの特性を示す図であり、前記第１スイッチＳＷ１の薄
膜ヒータ５Ａに一定の電流を流した状態で、隣接する第
２スイッチＳＷ２の中心の位置をずらした時の、中心の
位置のずれΔＸと前記第２スイッチＳＷ２の消光比劣化
との関係を示している。
【００３２】本実施形態の熱光学スイッチアレイでは、
図７に示すように、前記第１スイッチＳＷ１と第２スイ
ッチＳＷ２の中心の位置にずれが生じると前記第２スイ
ッチＳＷ２の消光比の劣化は急速に減少し、中心の位置
のずれΔＸが２５０μｍから１５００μｍの間で極小と
なる傾向を示し、１５００μｍ以上では１５００μmの
ときの値とほぼ同じでほぼ一定の値を示している。さら
に中心の位置のずれΔＸが３００μｍから１１００μｍ
の時、消光比の劣化は極小値をとる。中心の位置のずれ
ΔＸを大きくすることにより、消光比の劣化が減少して
スイッチング特性を向上させることができるが、中心の
位置のずれΔＸを大きくすることにより、前記熱光学ス
イッチアレイ及びそれを用いた回路が大きくなってしま
う。そのため、前記熱光学スイッチアレイ及びそれを用
いた回路を小型化するという点から見れば、中心の位置
のずれΔＸは小さいほうがよく、３００μｍとして前記
熱光学スイッチアレイを設計するのが好ましい。
図７に示すように、前記第１スイッチＳＷ１と第２スイ
ッチＳＷ２の中心の位置にずれが生じると前記第２スイ
ッチＳＷ２の消光比の劣化は急速に減少し、中心の位置
のずれΔＸが２５０μｍから１５００μｍの間で極小と
なる傾向を示し、１５００μｍ以上では１５００μmの
ときの値とほぼ同じでほぼ一定の値を示している。さら
に中心の位置のずれΔＸが３００μｍから１１００μｍ
の時、消光比の劣化は極小値をとる。中心の位置のずれ
ΔＸを大きくすることにより、消光比の劣化が減少して
スイッチング特性を向上させることができるが、中心の
位置のずれΔＸを大きくすることにより、前記熱光学ス
イッチアレイ及びそれを用いた回路が大きくなってしま
う。そのため、前記熱光学スイッチアレイ及びそれを用
いた回路を小型化するという点から見れば、中心の位置
のずれΔＸは小さいほうがよく、３００μｍとして前記
熱光学スイッチアレイを設計するのが好ましい。
【００３３】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、隣接する熱光学スイッチ同士の中心の位置を光の伝
播方向にずらすことにより、隣接する熱光学スイッチか
らの熱伝導により生じる２本のアーム光導波路の間の光
路長差を抑えることが出来るため、各熱光学スイッチの
消光比の劣化を低減させ、スイッチとしての特性を最大
限に発揮することができる。
ば、隣接する熱光学スイッチ同士の中心の位置を光の伝
播方向にずらすことにより、隣接する熱光学スイッチか
らの熱伝導により生じる２本のアーム光導波路の間の光
路長差を抑えることが出来るため、各熱光学スイッチの
消光比の劣化を低減させ、スイッチとしての特性を最大
限に発揮することができる。
【００３４】なお、隣接するスイッチとの距離を大きく
離すことによっても同様の効果を得ることはできるが、
距離を大きく離すことによって光導波路間の間隔が大き
くなってしまう。現在一般的に使用されている光ファイ
バテープは２５０μｍ間隔であるため、光導波路間の間
隔が大きくなると光ファイバテープの利用が困難にな
る。また、スイッチの間隔を大きくすることにより、回
路が大型になってしまう。しかし、本実施形態のように
することで、既存の光ファイバテープを使用した小型の
回路にすることができる。
離すことによっても同様の効果を得ることはできるが、
距離を大きく離すことによって光導波路間の間隔が大き
くなってしまう。現在一般的に使用されている光ファイ
バテープは２５０μｍ間隔であるため、光導波路間の間
隔が大きくなると光ファイバテープの利用が困難にな
る。また、スイッチの間隔を大きくすることにより、回
路が大型になってしまう。しかし、本実施形態のように
することで、既存の光ファイバテープを使用した小型の
回路にすることができる。
【００３５】以上、本発明を、前記実施形態に基づき具
体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々
変更可能であることはもちろんである。
体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々
変更可能であることはもちろんである。
【００３６】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。熱光学スイッチを並列に配置した
熱光学スイッチアレイにおいて、消光比の劣化を低減さ
せ、光スイッチとしての特性を最大限に発揮することが
できる。
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。熱光学スイッチを並列に配置した
熱光学スイッチアレイにおいて、消光比の劣化を低減さ
せ、光スイッチとしての特性を最大限に発揮することが
できる。
【図１】本発明による一実施形態の熱光学スイッチアレ
イの概略構成を示す模式平面図である。
イの概略構成を示す模式平面図である。
【図２】本実施形態の熱光学スイッチの概略構成を示す
模式平面図である。
模式平面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図２のＡ−Ａ′線での断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ′線での断面図である。
【図６】本実施形態の作用効果を説明するための模式図
である。
である。
【図７】本実施形態の熱光学スイッチアレイの特性を説
明するための図である。
明するための図である。
【図８】従来の熱光学スイッチアレイの概略構成を示す
模式平面図である。
模式平面図である。
【図９】従来の熱光学スイッチアレイの動作を説明する
ための模式図である。
ための模式図である。
１…クラッド層、２…光導波路、２Ａ…第１入力用光導
波路、２Ｂ…第２入力用光導波路、２Ｃ…第１出力用光
導波路、２Ｄ…第２出力用光導波路、３Ａ…第１方向性
結合器、３Ｂ…第２方向性結合器、４Ａ…第１アーム光
導波路、４Ｂ…第２アーム光導波路、４Ｃ…第３アーム
光導波路、４Ｄ…第４アーム光導波路、５Ａ，５Ｂ…薄
膜ヒータ、６…熱伝導防止溝、７…配線、８…アーム光
導波路分断溝、９…シリコーン樹脂、１０…ヒータによ
り加熱する領域、１１…Ｓｉ基板、１２…ヒータ保護
膜、１３…熱分布、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第
２スイッチ、ＳＷ３…第３スイッチ、ＳＷ４…第４スイ
ッチ、ΔＸ…中心の位置のずれ。
波路、２Ｂ…第２入力用光導波路、２Ｃ…第１出力用光
導波路、２Ｄ…第２出力用光導波路、３Ａ…第１方向性
結合器、３Ｂ…第２方向性結合器、４Ａ…第１アーム光
導波路、４Ｂ…第２アーム光導波路、４Ｃ…第３アーム
光導波路、４Ｄ…第４アーム光導波路、５Ａ，５Ｂ…薄
膜ヒータ、６…熱伝導防止溝、７…配線、８…アーム光
導波路分断溝、９…シリコーン樹脂、１０…ヒータによ
り加熱する領域、１１…Ｓｉ基板、１２…ヒータ保護
膜、１３…熱分布、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第
２スイッチ、ＳＷ３…第３スイッチ、ＳＷ４…第４スイ
ッチ、ΔＸ…中心の位置のずれ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉田 彰夫 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB05 BA13 CA06 DA07 HA11
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上の２本の光導波路を近接させてな
る第１方向性結合器及び第２方向性結合器と、前記第１
方向性結合器及び第２方向性結合器とを連結する２本の
アーム光導波路と、前記各アーム光導波路の途中に当該
アーム光導波路を分断し、該分断部分に充填された前記
アーム光導波路の熱光学定数より大きい熱光学定数を持
つ有機材料と、前記２本のアーム光導波路の間に光路長
差を与える薄膜ヒータからなるマッハツェンダー型の熱
光学スイッチを、前記基板上に複数個並列に配置した熱
光学スイッチアレイにおいて、隣接する熱光学スイッチ
同士の中心の位置が、前記アーム光導波路の光の伝播方
向に所定量ずれていることを特徴とする熱光学スイッチ
アレイ。 - 【請求項２】 前記請求項１に記載の熱光学スイッチア
レイにおいて、前記隣接する熱光学スイッチ同士の中心
の位置のずれ量が２５０μmから１５００μmであること
を特徴とする熱光学スイッチアレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35333999A JP2001166345A (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 熱光学スイッチアレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35333999A JP2001166345A (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 熱光学スイッチアレイ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001166345A true JP2001166345A (ja) | 2001-06-22 |
Family
ID=18430187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35333999A Pending JP2001166345A (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 熱光学スイッチアレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001166345A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005182008A (ja) * | 2003-12-01 | 2005-07-07 | Fujitsu Ltd | チューナブルマイクロレンズアレイ |
| JP2009522595A (ja) * | 2005-12-29 | 2009-06-11 | ネオフォトニクス・コーポレイション | 光学部品の熱制御 |
| JP2012103505A (ja) * | 2010-11-10 | 2012-05-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多連熱光学位相シフタおよびそれを用いた光干渉回路 |
| CN107608029A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-01-19 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种阵列可调光衰减器及其衰减和制作方法 |
-
1999
- 1999-12-13 JP JP35333999A patent/JP2001166345A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005182008A (ja) * | 2003-12-01 | 2005-07-07 | Fujitsu Ltd | チューナブルマイクロレンズアレイ |
| JP2009522595A (ja) * | 2005-12-29 | 2009-06-11 | ネオフォトニクス・コーポレイション | 光学部品の熱制御 |
| JP2012103505A (ja) * | 2010-11-10 | 2012-05-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多連熱光学位相シフタおよびそれを用いた光干渉回路 |
| CN107608029A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-01-19 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种阵列可调光衰减器及其衰减和制作方法 |
| WO2019080338A1 (zh) * | 2017-10-27 | 2019-05-02 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种阵列可调光衰减器及其衰减和制作方法 |
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