JP2003215369A - 熱光学光導波路デバイス - Google Patents
熱光学光導波路デバイスInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 デバイス全体のサイズを大きくすることな
く、光導波路で構成されるマッハ・ツェンダ干渉計のア
ーム導波路間熱干渉、あるいはチャンネル間熱干渉を低
減でき、且つ応答時間などの出力特性を向上させる。 【解決手段】 ガラス基板１０に複数の光導波路１２が
形成され、その少なくとも一部の光導波路近傍に薄膜ヒ
ータ１４が装荷されていて、該薄膜ヒータによる発熱に
より光導波路に熱光学効果を与える熱光学光導波路デバ
イスである。光導波路基板は、低熱伝導性材料（典型的
にはガラス）からなり、その厚みｔが１mm以下の薄板状
をなしている。また、光導波路基板の裏面側に、該基板
材料よりも高い熱伝導性を有する材料を貼り付ける構成
もある。
く、光導波路で構成されるマッハ・ツェンダ干渉計のア
ーム導波路間熱干渉、あるいはチャンネル間熱干渉を低
減でき、且つ応答時間などの出力特性を向上させる。 【解決手段】 ガラス基板１０に複数の光導波路１２が
形成され、その少なくとも一部の光導波路近傍に薄膜ヒ
ータ１４が装荷されていて、該薄膜ヒータによる発熱に
より光導波路に熱光学効果を与える熱光学光導波路デバ
イスである。光導波路基板は、低熱伝導性材料（典型的
にはガラス）からなり、その厚みｔが１mm以下の薄板状
をなしている。また、光導波路基板の裏面側に、該基板
材料よりも高い熱伝導性を有する材料を貼り付ける構成
もある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱光学効果を利用
した光導波路デバイスに関し、更に詳しく述べると、光
導波路基板の厚さや裏面側の構造を工夫することによ
り、隣接する光導波路間の熱的干渉を低減した熱光学光
導波路デバイスに関するものである。
した光導波路デバイスに関し、更に詳しく述べると、光
導波路基板の厚さや裏面側の構造を工夫することによ
り、隣接する光導波路間の熱的干渉を低減した熱光学光
導波路デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光多重通信システムや光伝送システムな
どにおいて、減衰、スイッチング、強度変調などの機能
を実現するために様々な光デバイスが研究・開発されて
おり、その一種に熱光学光導波路デバイスがある。熱光
学光導波路デバイスは、基板に複数の光導波路を形成
し、その少なくとも一部の光導波路近傍に薄膜ヒータを
装荷して、該薄膜ヒータによる発熱により光導波路に熱
光学効果を与え、光導波路を伝播する光を制御する構造
である。
どにおいて、減衰、スイッチング、強度変調などの機能
を実現するために様々な光デバイスが研究・開発されて
おり、その一種に熱光学光導波路デバイスがある。熱光
学光導波路デバイスは、基板に複数の光導波路を形成
し、その少なくとも一部の光導波路近傍に薄膜ヒータを
装荷して、該薄膜ヒータによる発熱により光導波路に熱
光学効果を与え、光導波路を伝播する光を制御する構造
である。
【０００３】典型的な例としては、基板に１対のアーム
導波路を形成したマッハ・ツェンダ干渉計を作製し、そ
の一方のアーム導波路を加熱することにより、材料の屈
折率の温度依存変化（熱光学効果）を利用して光路長差
を発生させ、干渉により光の減衰、スイッチング、強度
変調などを行わせる構成がある。
導波路を形成したマッハ・ツェンダ干渉計を作製し、そ
の一方のアーム導波路を加熱することにより、材料の屈
折率の温度依存変化（熱光学効果）を利用して光路長差
を発生させ、干渉により光の減衰、スイッチング、強度
変調などを行わせる構成がある。
【０００４】熱光学効果を利用する光導波路デバイスの
基板材料としては、ガラスやポリマーなど、一般に熱伝
導率の低い材料が多く用いられている。
基板材料としては、ガラスやポリマーなど、一般に熱伝
導率の低い材料が多く用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】例えば、光導波路基板
がガラス製の場合、イオン交換法による光導波路の形成
という製法的な制約から、基板は、ある程度の厚みを有
する。そのため、マッハ・ツェンダ干渉計の片方のアー
ム導波路のみ屈折率を上昇させるべくヒータ加熱したと
き、他方のアーム導波路まで該ヒータによる熱の影響を
受けて屈折率が上昇してしまい、作動効率が悪化するこ
とが生じる。また、このような光導波路素子を複数、ア
レイ状に配列した場合、あるチャンネルの光導波路素子
の駆動による温度変化により、隣接する他のチャンネル
の光導波路素子までが影響を受けて出力特性が変動する
こともある。このような問題を回避するためには、アー
ム導波路間隔及びチャンネル間隔を広げればよいが、そ
うすると熱光学光導波路デバイス全体のサイズが大きく
なってしまう。
がガラス製の場合、イオン交換法による光導波路の形成
という製法的な制約から、基板は、ある程度の厚みを有
する。そのため、マッハ・ツェンダ干渉計の片方のアー
ム導波路のみ屈折率を上昇させるべくヒータ加熱したと
き、他方のアーム導波路まで該ヒータによる熱の影響を
受けて屈折率が上昇してしまい、作動効率が悪化するこ
とが生じる。また、このような光導波路素子を複数、ア
レイ状に配列した場合、あるチャンネルの光導波路素子
の駆動による温度変化により、隣接する他のチャンネル
の光導波路素子までが影響を受けて出力特性が変動する
こともある。このような問題を回避するためには、アー
ム導波路間隔及びチャンネル間隔を広げればよいが、そ
うすると熱光学光導波路デバイス全体のサイズが大きく
なってしまう。
【０００６】更に、従来のガラス製光導波路基板を用い
た熱光学光導波路デバイスでは、薄膜ヒータに電圧を印
加した後、デバイス出力が安定するまでの時間（応答時
間）が長くなる傾向があった。
た熱光学光導波路デバイスでは、薄膜ヒータに電圧を印
加した後、デバイス出力が安定するまでの時間（応答時
間）が長くなる傾向があった。
【０００７】本発明の目的は、デバイス・サイズを大き
くすることなく、光導波路で構成されるマッハ・ツェン
ダ干渉計のアーム導波路間の熱干渉、あるいはアレイ構
造におけるチャンネル間の熱干渉を低減でき、且つ応答
時間などの出力特性を向上させることができる熱光学光
導波路デバイスを提供することである。
くすることなく、光導波路で構成されるマッハ・ツェン
ダ干渉計のアーム導波路間の熱干渉、あるいはアレイ構
造におけるチャンネル間の熱干渉を低減でき、且つ応答
時間などの出力特性を向上させることができる熱光学光
導波路デバイスを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板に複数の
光導波路が形成され、その少なくとも一部の光導波路近
傍に薄膜ヒータが装荷されていて、該薄膜ヒータによる
発熱により光導波路に熱光学効果を与える熱光学光導波
路デバイスにおいて、前記光導波路基板は、低熱伝導性
材料からなり、その厚みｔが１mm以下の薄板状をなして
いることを特徴とする熱光学光導波路デバイスである。
光導波路基板は、典型的にはガラス製とし、その厚みｔ
を、好ましくは０．２mm≦ｔ≦１mm、より好ましくは
０．３mm≦ｔ≦０．６mmに設定する。
光導波路が形成され、その少なくとも一部の光導波路近
傍に薄膜ヒータが装荷されていて、該薄膜ヒータによる
発熱により光導波路に熱光学効果を与える熱光学光導波
路デバイスにおいて、前記光導波路基板は、低熱伝導性
材料からなり、その厚みｔが１mm以下の薄板状をなして
いることを特徴とする熱光学光導波路デバイスである。
光導波路基板は、典型的にはガラス製とし、その厚みｔ
を、好ましくは０．２mm≦ｔ≦１mm、より好ましくは
０．３mm≦ｔ≦０．６mmに設定する。
【０００９】また本発明は、基板に複数の光導波路が形
成され、その少なくとも一部の光導波路近傍に薄膜ヒー
タが装荷されていて、該薄膜ヒータによる発熱により光
導波路に熱光学効果を与える熱光学光導波路デバイスに
おいて、前記光導波路基板の裏面側に、該基板材料より
も高い熱伝導性を有する材料からなる板状部材が貼り付
けられていることを特徴とする熱光学光導波路デバイス
である。
成され、その少なくとも一部の光導波路近傍に薄膜ヒー
タが装荷されていて、該薄膜ヒータによる発熱により光
導波路に熱光学効果を与える熱光学光導波路デバイスに
おいて、前記光導波路基板の裏面側に、該基板材料より
も高い熱伝導性を有する材料からなる板状部材が貼り付
けられていることを特徴とする熱光学光導波路デバイス
である。
【００１０】高熱伝導性材料からなる板状部材として
は、例えばアルミニウムや銅などの金属板があり、それ
を光導波路基板に接着する。あるいは、金属板に代え
て、光導波路基板（ガラス）と同等の線膨張係数を有す
る材料（例えばシリコン）からなる板状部材などでもよ
い。また、それらの板状部材に、放熱器や冷却ファンな
どの放熱装置を装着することもできる。これらにおい
て、光導波路基板がガラスからなる場合には、その厚み
ｔを０．２mm≦ｔ≦１mm、より好ましくは０．３mm≦ｔ
≦０．６mmに設定する。なお、高熱伝導性材料からなる
板状部材は、光導波路基板の機械的強度を高める機能も
果たす。
は、例えばアルミニウムや銅などの金属板があり、それ
を光導波路基板に接着する。あるいは、金属板に代え
て、光導波路基板（ガラス）と同等の線膨張係数を有す
る材料（例えばシリコン）からなる板状部材などでもよ
い。また、それらの板状部材に、放熱器や冷却ファンな
どの放熱装置を装着することもできる。これらにおい
て、光導波路基板がガラスからなる場合には、その厚み
ｔを０．２mm≦ｔ≦１mm、より好ましくは０．３mm≦ｔ
≦０．６mmに設定する。なお、高熱伝導性材料からなる
板状部材は、光導波路基板の機械的強度を高める機能も
果たす。
【００１１】製法的には、従来同様、Ｎａ又はＫイオン
の一方もしくは両方を含むアルカリ含有多成分ガラスか
らなる光導波路基板を用い、Ａｇ，Ｋ，Ｔｌイオンから
選ばれる少なくとも１種のイオンによるイオン交換によ
って光導波路を形成する。そして、その少なくとも一部
の光導波路近傍に薄膜ヒータを形成することで熱光学光
導波路デバイスを製造する。本発明では、薄膜ヒータの
装荷前、もしくは装荷後に、光導波路基板を裏面側から
研磨して、その厚みｔを０．２mm≦ｔ≦１mm（より好ま
しくは０．３mm≦ｔ≦０．６mm）にまで薄くする。始め
から薄いガラス基板を用いると、イオン交換工程におい
て、プロセス中の温度変化によるストレスのために基板
が割れることがあるので、ある程度厚い基板で光導波路
を作製した後、研磨（研削等も含む）して所望の厚さま
で薄くする方法が望ましい。
の一方もしくは両方を含むアルカリ含有多成分ガラスか
らなる光導波路基板を用い、Ａｇ，Ｋ，Ｔｌイオンから
選ばれる少なくとも１種のイオンによるイオン交換によ
って光導波路を形成する。そして、その少なくとも一部
の光導波路近傍に薄膜ヒータを形成することで熱光学光
導波路デバイスを製造する。本発明では、薄膜ヒータの
装荷前、もしくは装荷後に、光導波路基板を裏面側から
研磨して、その厚みｔを０．２mm≦ｔ≦１mm（より好ま
しくは０．３mm≦ｔ≦０．６mm）にまで薄くする。始め
から薄いガラス基板を用いると、イオン交換工程におい
て、プロセス中の温度変化によるストレスのために基板
が割れることがあるので、ある程度厚い基板で光導波路
を作製した後、研磨（研削等も含む）して所望の厚さま
で薄くする方法が望ましい。
【００１２】
【実施例】図１は本発明に係る熱光学光導波路デバイス
の一実施例を示す説明図であり、Ａは平面を、Ｂはその
ｘ−ｘ断面を表している。これは可変光減衰素子であ
り、ガラス基板１０に、Ｙ分岐部とＹ結合部とが対向し
連続するようなマッハ・ツェンダ干渉計型の光導波路１
２をイオン交換法により形成し、その２つに分岐したア
ーム導波路上にそれぞれ薄膜ヒータ１４を装荷する構造
である。各薄膜ヒータ１４には、両端にリードライン１
６を設けて通電可能とし、熱光学効果を利用して薄膜ヒ
ータ近傍の光導波路の屈折率を変化させる。これによっ
て、異なる２つのアーム導波路を伝播する光による位相
変調を利用し、通過光の減衰量を可変する。
の一実施例を示す説明図であり、Ａは平面を、Ｂはその
ｘ−ｘ断面を表している。これは可変光減衰素子であ
り、ガラス基板１０に、Ｙ分岐部とＹ結合部とが対向し
連続するようなマッハ・ツェンダ干渉計型の光導波路１
２をイオン交換法により形成し、その２つに分岐したア
ーム導波路上にそれぞれ薄膜ヒータ１４を装荷する構造
である。各薄膜ヒータ１４には、両端にリードライン１
６を設けて通電可能とし、熱光学効果を利用して薄膜ヒ
ータ近傍の光導波路の屈折率を変化させる。これによっ
て、異なる２つのアーム導波路を伝播する光による位相
変調を利用し、通過光の減衰量を可変する。
【００１３】ここで本発明が従来技術と相違する点は、
ガラス基板１０の厚さｔである。本発明では、その厚み
ｔを１mm以下まで薄くしている。このように光導波路を
形成するガラス基板１０を薄板化することにより、薄膜
ヒータ１４で発生した熱を、効率的にガラス基板１０の
裏面から放熱できるため、ガラス基板１０内で平面方向
（横方向）への熱伝達が相対的に少なくなり、迅速に熱
的な定常状態に達するために、出力の応答性を改善する
ことができる。それと共に、アーム導波路間隔ｄが狭く
ても隣のアーム導波路への熱干渉性を改善することがで
きる。但し、ガラス基板が極端に薄くなると、偏波依存
損失など光学特性の劣化が生じるし、機械的強度の低下
も問題となるので、例えば０．２mm以上とする。これら
のことから、ガラス基板の厚さは、０．５mm程度が最適
である。
ガラス基板１０の厚さｔである。本発明では、その厚み
ｔを１mm以下まで薄くしている。このように光導波路を
形成するガラス基板１０を薄板化することにより、薄膜
ヒータ１４で発生した熱を、効率的にガラス基板１０の
裏面から放熱できるため、ガラス基板１０内で平面方向
（横方向）への熱伝達が相対的に少なくなり、迅速に熱
的な定常状態に達するために、出力の応答性を改善する
ことができる。それと共に、アーム導波路間隔ｄが狭く
ても隣のアーム導波路への熱干渉性を改善することがで
きる。但し、ガラス基板が極端に薄くなると、偏波依存
損失など光学特性の劣化が生じるし、機械的強度の低下
も問題となるので、例えば０．２mm以上とする。これら
のことから、ガラス基板の厚さは、０．５mm程度が最適
である。
【００１４】図２は、本発明に係る熱光学光導波路デバ
イスの他の実施例を示す断面図である。光導波路素子の
構成は、図１のＡと同様としたので、それについての説
明は省略する。そして、対応する部分には同一符号を付
す。
イスの他の実施例を示す断面図である。光導波路素子の
構成は、図１のＡと同様としたので、それについての説
明は省略する。そして、対応する部分には同一符号を付
す。
【００１５】この実施例が従来技術と相違する点は、ガ
ラス基板１０の厚さｔと裏面側の構造である。本発明で
は、光導波路１２を形成するガラス基板１０の厚みｔを
１mm以下まで薄くし、しかもガラス基板１０の裏面に、
高熱伝導性基板２０を貼着している。この高熱伝導性基
板２０は、ガラス基板材料よりも高い熱伝導性を有する
材料からなる。アルミニウムや銅など金属板でもよい
が、特に光導波路基板であるガラスと同等の線膨張係数
を有するシリコン基板が好適である。このようにガラス
基板１０の厚さを薄くすることにより、薄膜ヒータ１４
で発生した熱を、効率的にガラス基板１０の裏面側の高
熱伝導性基板２０を通して放熱できるために、ガラス基
板中で平面方向（横方向）への熱伝達が少なくなり、出
力の応答性を改善することができると共に隣のアーム導
波路への熱干渉性を改善することができる。但し、ガラ
ス基板１０が極端に薄くなると、作動効率が急激に低下
し、偏波依存損失など光学特性の劣化が生じるので、例
えば０．２mm以上とする。これらのことから、ガラス基
板の厚さは、０．５mm程度が最適である。なお、高熱伝
導性基板１０は、薄いガラス基板１０の機械的強度を補
強する機能も果たす。
ラス基板１０の厚さｔと裏面側の構造である。本発明で
は、光導波路１２を形成するガラス基板１０の厚みｔを
１mm以下まで薄くし、しかもガラス基板１０の裏面に、
高熱伝導性基板２０を貼着している。この高熱伝導性基
板２０は、ガラス基板材料よりも高い熱伝導性を有する
材料からなる。アルミニウムや銅など金属板でもよい
が、特に光導波路基板であるガラスと同等の線膨張係数
を有するシリコン基板が好適である。このようにガラス
基板１０の厚さを薄くすることにより、薄膜ヒータ１４
で発生した熱を、効率的にガラス基板１０の裏面側の高
熱伝導性基板２０を通して放熱できるために、ガラス基
板中で平面方向（横方向）への熱伝達が少なくなり、出
力の応答性を改善することができると共に隣のアーム導
波路への熱干渉性を改善することができる。但し、ガラ
ス基板１０が極端に薄くなると、作動効率が急激に低下
し、偏波依存損失など光学特性の劣化が生じるので、例
えば０．２mm以上とする。これらのことから、ガラス基
板の厚さは、０．５mm程度が最適である。なお、高熱伝
導性基板１０は、薄いガラス基板１０の機械的強度を補
強する機能も果たす。
【００１６】このような光導波路デバイスは、例えば次
のように作製する。光導波路基板として１価のアルカリ
イオン（例えばＮａイオン）を含む多成分ガラスを用
い、光導波路の部分が開口となるようにマスキングを施
して溶融塩中に浸漬し、イオン交換（例えば溶融塩中の
Ａｇイオンとガラス中のＮａイオンのイオン交換）を行
わせ、それによって光導波路を作製する。イオン交換工
程は、まず熱イオン交換を行い、次いで電界印加イオン
交換で埋め込む２段階方式が好ましい。更に、薄膜ヒー
タを形成する部分のパターニングを行い、必要な膜材料
をスパッタリングして多層膜を形成し、リフトオフする
ことで薄膜ヒータを形成する。前記のようなイオン交換
工程においては、始めから薄いガラス基板を用いると、
ガラス基板を高温の溶融塩中に浸漬するなど、プロセス
中の温度変化のためにガラス基板が割れることがある。
そこで、従来同様、比較的厚い基板を用いて光導波路を
作製した後に、裏面（光導波路を形成した面と反対側の
面）側から研磨（研削等も含む）加工して所望の厚さｔ
（０．２mm≦ｔ≦１mm）に仕上げる。
のように作製する。光導波路基板として１価のアルカリ
イオン（例えばＮａイオン）を含む多成分ガラスを用
い、光導波路の部分が開口となるようにマスキングを施
して溶融塩中に浸漬し、イオン交換（例えば溶融塩中の
Ａｇイオンとガラス中のＮａイオンのイオン交換）を行
わせ、それによって光導波路を作製する。イオン交換工
程は、まず熱イオン交換を行い、次いで電界印加イオン
交換で埋め込む２段階方式が好ましい。更に、薄膜ヒー
タを形成する部分のパターニングを行い、必要な膜材料
をスパッタリングして多層膜を形成し、リフトオフする
ことで薄膜ヒータを形成する。前記のようなイオン交換
工程においては、始めから薄いガラス基板を用いると、
ガラス基板を高温の溶融塩中に浸漬するなど、プロセス
中の温度変化のためにガラス基板が割れることがある。
そこで、従来同様、比較的厚い基板を用いて光導波路を
作製した後に、裏面（光導波路を形成した面と反対側の
面）側から研磨（研削等も含む）加工して所望の厚さｔ
（０．２mm≦ｔ≦１mm）に仕上げる。
【００１７】図３は本発明に係る熱光学光導波路デバイ
スの更に他の実施例を示す説明図であり、Ａは平面を、
Ｂはｘ−ｘ断面を表している。これは可変光減衰素子ア
レイの例であり、ここでは４個の可変光減衰素子３０
ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを同一のガラス基板１０の
上にチャンネル間隔Ｄを隔てて並設している。各可変光
減衰素子の構成は、図１のＡと基本的に同様であってよ
いので、対応する部分に同一符号を付し、それについて
の説明は省略する。
スの更に他の実施例を示す説明図であり、Ａは平面を、
Ｂはｘ−ｘ断面を表している。これは可変光減衰素子ア
レイの例であり、ここでは４個の可変光減衰素子３０
ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを同一のガラス基板１０の
上にチャンネル間隔Ｄを隔てて並設している。各可変光
減衰素子の構成は、図１のＡと基本的に同様であってよ
いので、対応する部分に同一符号を付し、それについて
の説明は省略する。
【００１８】ガラス基板１０の厚さｔを１mm以下まで薄
くし、且つガラス基板１０の裏面にシリコン基板４０を
貼り付ける。同一のガラス基板１０上に、複数の可変光
減衰素子３０ａ，…，３０ｄが並設されているので、一
つの可変光減衰素子での加熱動作が隣接するチャンネル
の他の可変光減衰素子に影響を及ぼす可能性がある。し
かし本実施例でも、ガラス基板１０の厚さを薄くするこ
とにより、薄膜ヒータ１４で発生した熱を、効率的にガ
ラス基板１０の裏面側のシリコン基板４０を通して放熱
できるため、ガラス基板中で平面方向（横方向）への熱
伝達が少なくなり、応答性を改善することができると共
に隣接するアーム導波路への熱干渉性及び隣接するチャ
ンネル間の熱干渉性を改善することができる。この場合
も、ガラス基板１０が極端に薄くなると、作動効率が急
激に低下し、また偏波依存損失など光学特性の劣化が生
じるので、ガラス基板の厚みを０．２mm以上とする。こ
れらのことからガラス基板の厚さは、０．５mm程度が最
適である。なお、シリコン基板４０は、ガラスの機械的
強度を補強する機能も果たすことになる。
くし、且つガラス基板１０の裏面にシリコン基板４０を
貼り付ける。同一のガラス基板１０上に、複数の可変光
減衰素子３０ａ，…，３０ｄが並設されているので、一
つの可変光減衰素子での加熱動作が隣接するチャンネル
の他の可変光減衰素子に影響を及ぼす可能性がある。し
かし本実施例でも、ガラス基板１０の厚さを薄くするこ
とにより、薄膜ヒータ１４で発生した熱を、効率的にガ
ラス基板１０の裏面側のシリコン基板４０を通して放熱
できるため、ガラス基板中で平面方向（横方向）への熱
伝達が少なくなり、応答性を改善することができると共
に隣接するアーム導波路への熱干渉性及び隣接するチャ
ンネル間の熱干渉性を改善することができる。この場合
も、ガラス基板１０が極端に薄くなると、作動効率が急
激に低下し、また偏波依存損失など光学特性の劣化が生
じるので、ガラス基板の厚みを０．２mm以上とする。こ
れらのことからガラス基板の厚さは、０．５mm程度が最
適である。なお、シリコン基板４０は、ガラスの機械的
強度を補強する機能も果たすことになる。
【００１９】ガラス基板厚と温度分布の関係を図４に示
す。これは、ガラス基板の厚さをパラメータとし、ヒー
タからの横方向（面内水平方向）距離に対する温度変化
を計算しプロットしたものである。ガラス基板が薄くな
るほど、加熱領域がヒータ近傍のみに限定される。逆
に、ガラス基板が厚くなると、ヒータの熱的影響が遠く
まで及び、他のアーム導波路あるいは他のチャンネルに
干渉することになる。従って、アーム導波路間隔やチャ
ンネル間隔を狭くして小型化、高密度化を達成しようと
すると、ガラス基板の厚さは１．０mm以下とすることが
望ましいことが分かる。
す。これは、ガラス基板の厚さをパラメータとし、ヒー
タからの横方向（面内水平方向）距離に対する温度変化
を計算しプロットしたものである。ガラス基板が薄くな
るほど、加熱領域がヒータ近傍のみに限定される。逆
に、ガラス基板が厚くなると、ヒータの熱的影響が遠く
まで及び、他のアーム導波路あるいは他のチャンネルに
干渉することになる。従って、アーム導波路間隔やチャ
ンネル間隔を狭くして小型化、高密度化を達成しようと
すると、ガラス基板の厚さは１．０mm以下とすることが
望ましいことが分かる。
【００２０】ガラス基板厚と応答時間の関係を図５に示
す。これは、ガラス基板の厚さをパラメータとし、ヒー
タ加熱開始からの経過時間に対する温度変化を計算しプ
ロットしたものである。ガラス基板の厚さが２mmの場合
には、ヒータに通電して加熱を開始してから温度は徐々
に上昇し続け、デバイス出力が安定するまでにかなりの
時間を必要とする。それに対して、ガラス基板の厚みが
０．５mmの場合には、ヒータに通電して加熱を開始して
から温度はほぼ一定値を維持し、デバイス出力が瞬時に
安定することが分かる。
す。これは、ガラス基板の厚さをパラメータとし、ヒー
タ加熱開始からの経過時間に対する温度変化を計算しプ
ロットしたものである。ガラス基板の厚さが２mmの場合
には、ヒータに通電して加熱を開始してから温度は徐々
に上昇し続け、デバイス出力が安定するまでにかなりの
時間を必要とする。それに対して、ガラス基板の厚みが
０．５mmの場合には、ヒータに通電して加熱を開始して
から温度はほぼ一定値を維持し、デバイス出力が瞬時に
安定することが分かる。
【００２１】図６はガラス基板厚と作動効率の関係を示
している。これは、アーム導波路間距離をパラメータと
して、ガラス基板厚に対する温度差（具体的にはアーム
導波路間温度差／ヒータ温度）を計算しプロットしたも
のである。ここでは、ガラス基板の裏面にシリコン基板
を貼設した状態を前提としている。縦軸の値が高いほど
アーム導波路間で温度差がつくため、効率的にアーム導
波路間で位相差を付与できる（減衰器、スイッチとして
動作する）と言うことになる。また図６から、ガラス基
板の厚みが０．２mm未満では、急激に効率が落ちること
が分かる。従って、ガラス基板の厚みは、０．２mm以上
とするのが好ましい。急激に効率が低下する原因は、ガ
ラス基板が薄くなりすぎると、裏側のシリコン基板が大
量の熱を運んでしまい、温度差が生じ難くなるためと考
えられる。なお、アーム導波路間隔が非常に狭いと作動
効率を高くできないので、２５０μｍ以上とすることが
望ましい。
している。これは、アーム導波路間距離をパラメータと
して、ガラス基板厚に対する温度差（具体的にはアーム
導波路間温度差／ヒータ温度）を計算しプロットしたも
のである。ここでは、ガラス基板の裏面にシリコン基板
を貼設した状態を前提としている。縦軸の値が高いほど
アーム導波路間で温度差がつくため、効率的にアーム導
波路間で位相差を付与できる（減衰器、スイッチとして
動作する）と言うことになる。また図６から、ガラス基
板の厚みが０．２mm未満では、急激に効率が落ちること
が分かる。従って、ガラス基板の厚みは、０．２mm以上
とするのが好ましい。急激に効率が低下する原因は、ガ
ラス基板が薄くなりすぎると、裏側のシリコン基板が大
量の熱を運んでしまい、温度差が生じ難くなるためと考
えられる。なお、アーム導波路間隔が非常に狭いと作動
効率を高くできないので、２５０μｍ以上とすることが
望ましい。
【００２２】これらのデータを総合的に勘案し、製作の
容易性なども考慮すると、ガラス基板の厚さｔは、とり
わけ０．３mm≦ｔ≦０．６mm程度に設定するのが好まし
く、典型的には０．５mm程度とするのがよい。
容易性なども考慮すると、ガラス基板の厚さｔは、とり
わけ０．３mm≦ｔ≦０．６mm程度に設定するのが好まし
く、典型的には０．５mm程度とするのがよい。
【００２３】
【発明の効果】本発明は上記のように、ガラスなどの低
熱伝導性材料からなる光導波路基板の厚みｔを１mm以下
に薄板化したことにより、あるいはガラスなどの低熱伝
導性材料からなる光導波路基板を薄くして裏面側に高熱
伝導性材料を貼設したことにより、デバイス・サイズを
大きくすることなく、光導波路で構成されるマッハ・ツ
ェンダ干渉計のアーム導波路間の熱干渉、あるいはチャ
ンネル間の熱干渉を低減でき、且つ応答時間などの出力
特性を向上させることができる。これによって、熱光学
光導波路デバイスの一層の小型化、アレイ構造の高密度
化を達成することが可能となる。
熱伝導性材料からなる光導波路基板の厚みｔを１mm以下
に薄板化したことにより、あるいはガラスなどの低熱伝
導性材料からなる光導波路基板を薄くして裏面側に高熱
伝導性材料を貼設したことにより、デバイス・サイズを
大きくすることなく、光導波路で構成されるマッハ・ツ
ェンダ干渉計のアーム導波路間の熱干渉、あるいはチャ
ンネル間の熱干渉を低減でき、且つ応答時間などの出力
特性を向上させることができる。これによって、熱光学
光導波路デバイスの一層の小型化、アレイ構造の高密度
化を達成することが可能となる。
【図１】本発明に係る熱光学光導波路デバイスの一実施
例を示す説明図。
例を示す説明図。
【図２】他の実施例の断面図。
【図３】本発明に係る熱光学光導波路デバイスの更に他
の実施例を示す説明図。
の実施例を示す説明図。
【図４】ガラス基板厚と温度分布の関係を示すグラフ。
【図５】ガラス基板厚と応答時間の関係を示すグラフ。
【図６】ガラス基板厚と作動効率の関係を示すグラフ。
１０ ガラス基板
１２ 光導波路
１４ 薄膜ヒータ
１６ リードライン
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 林 智幸
東京都港区新橋５丁目36番11号 エフ・デ
ィー・ケイ株式会社内
(72)発明者 袴田 和喜
東京都港区新橋５丁目36番11号 エフ・デ
ィー・ケイ株式会社内
Ｆターム(参考） 2H047 KA04 KB04 LA12 PA13 PA21
QA01 QA04 TA01
2H079 AA06 AA12 BA01 CA04 DA23
EA05 EB27 GA04 JA05
Claims (10)
- 【請求項１】 基板に複数の光導波路が形成され、その
少なくとも一部の光導波路近傍に薄膜ヒータが装荷され
ていて、該薄膜ヒータによる発熱により光導波路に熱光
学効果を与える熱光学光導波路デバイスにおいて、 光導波路基板は、低熱伝導性材料からなり、その厚みｔ
が１mm以下の薄板状をなしていることを特徴とする熱光
学光導波路デバイス。 - 【請求項２】 光導波路基板は、ガラスからなり、その
厚みｔが０．２mm≦ｔ≦１mmに設定されている請求項１
記載の熱光学光導波路デバイス。 - 【請求項３】 基板に複数の光導波路が形成され、その
少なくとも一部の光導波路近傍に薄膜ヒータが装荷され
ていて、該薄膜ヒータによる発熱により光導波路に熱光
学効果を与える熱光学光導波路デバイスにおいて、光導
波路基板の裏面側に、該基板材料よりも高い熱伝導性を
有する材料からなる板状部材が貼り付けられていること
を特徴とする熱光学光導波路デバイス。 - 【請求項４】 高熱伝導性材料からなる板状部材が金属
板であり、光導波路基板に接着されている請求項３記載
の熱光学光導波路デバイス。 - 【請求項５】 高熱伝導性材料からなる板状部材が、光
導波路基板と同等の線膨張係数を有する材料からなる請
求項３記載の熱光学光導波路デバイス。 - 【請求項６】 高熱伝導性材料からなる板状部材に、放
熱装置を装着した請求項３乃至５のいずれかに記載の熱
光学光導波路デバイス。 - 【請求項７】 光導波路基板は、ガラスからなり、その
厚みｔが０．２mm≦ｔ≦１mmに設定されている請求項３
乃至６のいずれかに記載の熱光学光導波路デバイス。 - 【請求項８】 光導波路基板は、Ｎａ又はＫイオンの一
方もしくは両方を含むアルカリ含有多成分ガラスからな
る請求項２又は７記載の熱光学光導波路デバイス。 - 【請求項９】 光導波路が、Ａｇ，Ｋ，Ｔｌイオンから
選ばれる少なくとも１種のイオンによるイオン交換によ
って形成されている請求項８記載の熱光学光導波路デバ
イス。 - 【請求項１０】 Ｎａ又はＫイオンの一方もしくは両方
を含むアルカリ含有多成分ガラスからなる基板に、Ａ
ｇ，Ｋ，Ｔｌイオンから選ばれる少なくとも１種のイオ
ンによるイオン交換によって複数の光導波路を形成し、
その少なくとも一部の光導波路近傍に薄膜ヒータを装荷
する構造の熱光学光導波路デバイスの製造方法におい
て、 薄膜ヒータの装荷前もしくは装荷後に、光導波路基板を
裏面側から研磨して、その厚みｔを０．２mm≦ｔ≦１mm
にまで薄板化することを特徴とする熱光学光導波路デバ
イスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002011531A JP2003215369A (ja) | 2002-01-21 | 2002-01-21 | 熱光学光導波路デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002011531A JP2003215369A (ja) | 2002-01-21 | 2002-01-21 | 熱光学光導波路デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003215369A true JP2003215369A (ja) | 2003-07-30 |
Family
ID=27648981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002011531A Pending JP2003215369A (ja) | 2002-01-21 | 2002-01-21 | 熱光学光導波路デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003215369A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011197700A (ja) * | 2004-08-04 | 2011-10-06 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光回路装置 |
| WO2016092810A1 (ja) * | 2014-12-12 | 2016-06-16 | 日本電気株式会社 | 波長可変レーザ装置 |
| US9601906B2 (en) | 2015-02-09 | 2017-03-21 | Mitsubishi Electric Corporation | Wavelength-tunable light source and wavelength-tunable light source module |
| WO2020261349A1 (ja) * | 2019-06-24 | 2020-12-30 | 日本電信電話株式会社 | 光回路 |
-
2002
- 2002-01-21 JP JP2002011531A patent/JP2003215369A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011197700A (ja) * | 2004-08-04 | 2011-10-06 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光回路装置 |
| WO2016092810A1 (ja) * | 2014-12-12 | 2016-06-16 | 日本電気株式会社 | 波長可変レーザ装置 |
| CN107005026A (zh) * | 2014-12-12 | 2017-08-01 | 日本电气株式会社 | 波长可变激光设备 |
| JPWO2016092810A1 (ja) * | 2014-12-12 | 2017-08-17 | 日本電気株式会社 | 波長可変レーザ装置 |
| US10069277B2 (en) | 2014-12-12 | 2018-09-04 | Nec Corporation | Variable wavelength laser device |
| US9601906B2 (en) | 2015-02-09 | 2017-03-21 | Mitsubishi Electric Corporation | Wavelength-tunable light source and wavelength-tunable light source module |
| WO2020261349A1 (ja) * | 2019-06-24 | 2020-12-30 | 日本電信電話株式会社 | 光回路 |
| JPWO2020261349A1 (ja) * | 2019-06-24 | 2020-12-30 | ||
| JP7227535B2 (ja) | 2019-06-24 | 2023-02-22 | 日本電信電話株式会社 | 光回路 |
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