JP2005122091A - 光デバイス及び光デバイスユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は光導波路に対し加熱処理を行なうことにより光学的機能を変化させる構成とされた光デバイス及び光デバイスユニットに関し、光導波路を急速かつ熱効率よく加熱することを課題とする。
【解決手段】 下クラッド層１２及び上クラッド層１３と、このクラッド層１２，１３内に設けられたコア１４と、このコア１４を加熱する加熱手段とを有する光デバイスにおいて、この加熱手段を、クラッド層１２，１３内に設けられた導電性材料１７，１８と、上クラッド層１３の上外部に設けられて導電性材料１７，１８を誘導加熱する薄膜コイル１９，２０とを設けた構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は光デバイス及び光デバイスユニットに係り、特に光導波路に対し加熱処理を行うことにより光学的機能を変化させる構成とされた光デバイス及び光デバイスユニットに関する。

一般に、光信号を所望の出力ポートに切り替えを行う光スイッチとして熱光学型、メカニカル型等の種々の光スイッチが知られている。このうちメカニカル型の光スイッチは特性の波長依存性が小さく、また切り替え状態の自己保持が可能であり、低消費電力という利点がある一方で、一般に損失が大きくまた可動部分を持つために信頼性に問題がある。

これに対し熱光学型の光スイッチは温度による屈折率変化で光減衰量を調整するため、自己保持はできないが、調整精度は非常に良く、信頼性が高く、小型のデバイスを作りやすいという利点がある（特許文献１参照）。

図１５及び図１６は、従来の一例である光スイッチ１００を示している。図１５は光スイッチ１００の斜視図であり、図１６は図１５におけるＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。光スイッチ１００は、大略すると基板１０１、下クラッド層１０２、上クラッド層１０３、コア１０４、及び薄膜ヒータ１０７，１０８等により構成されている。

下クラッド層１０２は基板１０１の上部に設けられており、この下クラッド層１０２の上部にはコア１０４が形成されている。このコア１０４は、途中で分岐コア１０５，１０６に分岐することにより、Ｙ分岐光導波路を形成する。このコア１０４（分岐コア１０５，１０６）は、上クラッド層１０３により封止された構成とされている。これにより、コア１０４内に光を閉じ込めることが可能となる。

薄膜ヒータ１０７，１０８は上クラッド層１０３の上部に形成されており、電流が流されることにより加熱する構成とされている。この薄膜ヒータ１０７，１０８で発生した熱は、図１６に示すように上クラッド層１０３を介して分岐コア１０５，１０６に熱伝達される。これにより分岐コア１０５，１０６は加熱され、熱光学的変化により屈折率が変化し、これによりコア１０４に導入された光りを選択的に分岐コア１０５或いは分岐コア１０６に切り換える光スイッチが構成される。
特開昭５９−３３４３０号公報（第２頁左上欄〜同頁左下欄、図１）

しかしながら、従来の光スイッチ１００は、分岐コア１０５，１０６は下クラッド層１０２の上部に形成されており、これを加熱する薄膜ヒータ１０７，１０８は上クラッド層１０３の上部に配設されていたため、分岐コア１０５，１０６と薄膜ヒータ１０７，１０８とが離間していた。

このため従来の光スイッチ１００では熱伝達効率が悪く、薄膜ヒータ１０７，１０８を通電して加熱を開始しても、直ちに分岐コア１０５，１０６に熱印加されることはなかった。よって通電開始後、分岐コア１０５，１０６が熱光学的変化によりスイッチング動作を開始するまでの時間が長く、応答性が悪いという問題点があった。

また、分岐コア１０５，１０６と薄膜ヒータ１０７，１０８との距離が離間していると、例えば薄膜ヒータ１０７で発生した熱は分岐コア１０５ばかりでなくその一部は分岐コア１０６にも熱伝導されてしまい、逆に薄膜ヒータ１０８で発生した熱は分岐コア１０６ばかりでなくその一部は分岐コア１０５にも熱伝導されてしまい、光スイッチ１００のスイッチング特性が劣化してしまうという問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、光導波路を急速かつ熱効率よく加熱しうる光デバイス及び光デバイスユニットを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明は、
クラッド層（１２，１３）と、該クラッド層（１２，１３）内に設けられた光導波路（１４）と、前記光導波路（１４）を加熱する加熱手段とを有する光デバイスにおいて、
前記加熱手段は
前記クラッド層（１２，１３）内に設けられた導電性材料（１７，１８，５４，５５）と、
前記クラッド層（１２，１３）の外部に設けられ、前記導電性材料（１７，１８，５４，５５）を誘導加熱するコイル（１９，２０，２１，２２）とを有することを特徴とするものである。

上記発明によれば、導電性材料はクラッド層の外部に設けられたコイルにより誘導加熱される。この導電性材料は光導波路と共にクラッド層内に設けられているため、導電性材料と光導波路は近接している。このため、導電性材料により光導波路を応答性よく、かつ熱効率よく加熱することができる。

また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の光デバイスにおいて、
前記コイル（２２）の形状を櫛歯形状としたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、櫛歯形状のコイルは、スパイラル状のコイルと異なり平面的に形成することが可能であるため、コイルを薄膜形成しても容易に形成することができる。

また、請求項３記載の発明は、
請求項１または２記載の光デバイスにおいて、
前記導電性材料（１７，１８）の比抵抗を５〜４００μΩｃｍとしたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、導電性材料の比抵抗を５〜４００μΩｃｍとしたことにより、誘導加熱する際に効率よく導電性材料上に渦電流を発生させ加熱することができる。

また、請求項４記載の発明に係る光デバイスユニットは、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光デバイスと、
該光デバイスを構成する前記コイルに交流電流を供給する電流供給手段（４３，４４）とを有することを特徴とするものである。

上記発明によれば、光デバイスと、この光デバイスのコイルに交流電流を供給する電流供給手段がユニット化されているため、応答性よくかつ熱効率よく光導波路を加熱しうる光デバイスユニットをコンパクトに構成することができる。

また、請求項５記載の発明は、
請求項４記載の光デバイスユニットにおいて、
前記光デバイスと前記電流供給手段（４３，４４）とを同一基板（１１）上に配設したことを特徴とするものである。

上記発明によれば、光デバイスと電流供給手段とを同一基板上に配設したことにより、更に光デバイスユニットのコンパクト化を図ることができる。

また、請求項６記載の発明は、
クラッド層（１２，１３）と、該クラッド層（１２，１３）内に設けられた光導波路（１４）と、前記光導波路（１４）を加熱する加熱手段とを有する光デバイスにおいて、
前記加熱手段を
前記クラッド層（１２，１３）内に設けられた電熱部材（２８，２９）と、
前記クラッド層（１２，１３）の外部より前記電熱部材（２８，２９）に給電を行う給電手段（３０Ａ，３０Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ）とを有する構成としたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、電熱部材が光導波路と共にクラッド層内に設けられているため、電熱部材と光導波路は近接しており、よって電熱部材により光導波路を応答性よく、かつ熱効率よく加熱することができる。

また、請求項７記載の発明は、
請求項６記載の光デバイスにおいて、
前記給電手段は、前記クラッド層（１３）に形成されたビア（３０Ａ，３０Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ）を含む構成であることを特徴とするものである。

上記発明によれば、クラッド層に形成されたビアにより電熱部材に給電を行う構成としたことにより、簡単な構成で電熱部材に給電を行うことができる。

また、請求項８記載の発明は、
請求項６または７記載の光デバイスにおいて、
前記クラッド層（１３）に溝部（５８，５９）を形成し、前記溝部（５８，５９）に前記電熱部材（２８，２９）を配設したことを特徴とするものである。

上記発明によれば、クラッド層に溝部を形成し、この溝部に電熱部材が配設された構成となる。クラッドは通常樹脂であり放熱特性が良くないが、溝部を形成することにより電熱部材で発生した熱を効率よく大気に逃がすことができる。これにより、電流供給が停止された際、電熱部材は短時間で冷却されるため、光スイッチとしての応答性を高めることができる。

本発明によれば、コア近傍に配置した導電性材料により光導波路を応答性よく、かつ熱効率よく加熱することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。

図１及び図２は、本発明の第１実施例である光デバイスを示している。本実施例では、光デバイスとして光スイッチ１０Ａを例に挙げて示している。図１は光スイッチ１０Ａの斜視図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ’線に沿う断面図である。光スイッチ１０Ａは、大略すると基板１１、下クラッド層１２、上クラッド層１３、コア１４、金属薄膜１７，１８、及び薄膜コイル１９，２０等により構成されている。

基板１１は、ガラス或いはシリコン等よりなる平板状の基板である。下クラッド層１２は、この基板１１の上部に設けられている。また、この下クラッド層１０２の上部には、コア１４及び上クラッド層１３が形成されている。

下クラッド層１２及び上クラッド層１３は、いずれも例えばフッ素化ポリイミド樹脂により形成されている。また、コア１４は途中で分岐コア１５，１６に分岐することにより、Ｙ分岐光導波路を形成している。このコア１４（分岐コア１５，１６）は、下クラッド層１２と上クラッド層１３の間に封止された構成とされている。

また、コア１４は、下クラッド層１２及び上クラッド層１３と異なる屈折率を有したフッ素化ポリイミド樹脂により形成されている。よってコア１４内に光が導入された際、この光はコア１４内に閉じ込められた状態となる。

金属薄膜１７，１８は、上クラッド層１３の内部のコア１４近傍に形成されている。また、薄膜コイル１９，２０は、上クラッド層１３の状部に形成されている。この金属薄膜１７，１８及び薄膜コイル１９，２０は、コア１４（分岐コア１５，１６）を加熱する加熱手段として機能するものである。

金属薄膜１７，１８は、磁性材料により形成されている。具体的には、金属薄膜１７，１８としては、FeNi，FeAlSi，ステンレス等の鉄系の磁性材を用いることができる。また、この金属薄膜１７，１８の選定に際しては、比抵抗が５〜４００μΩｃｍで、高透磁率（例えば、２Ｔ程度）を有し、かつその厚さが100nm以上500nm以下であることが望ましい。後述するよう本実施例に係る光スイッチ１０Ａは、金属薄膜１７，１８に渦電流を発生させることによりこの金属薄膜１７，１８をヒータとして使用するが、金属薄膜１７，１８として上記特性を有する材料を用いることにより効率よく渦電流を発生させることできる。

この金属薄膜１７，１８は、上クラッド層１３の内部に埋設された構成となっており、その配設位置は分岐コア１５，１６に近接した位置に選定されている。具体的には、図２に示されるように、分岐コア１５，１６の形成位置の直上位置は除き、金属薄膜１７においては分岐コア１５の外側（図中、左側）の近傍位置に、金属薄膜１８においては分岐コア１５の外側（図中、右側）の近傍位置に形成されている。

尚、本実施例では金属薄膜１７，１８の形状は矩形状としているが、金属薄膜１７，１８の形状はこれに限定されるものではなく、他の形状（櫛歯形状、円形状，多角形形状，ライン形状等）とすることも可能である。金属薄膜１７，１８の形状を適宜選定することにより、後述する渦電流の発生効率を高めることができ、効率の高い発熱を行わせることができる。

一方、薄膜コイル１９，２０は、本実施例では図１に示すように１ターンのコイルを採用している。この薄膜コイル１９，２０は、インピーダンスの低い材料（例えば、銅）により形成されている。また、薄膜コイル１９，２０の形成位置は、金属薄膜１７，１８の略直上位置に選定されている。

続いて、上記構成とされた光スイッチ１０Ａの動作について説明する。光スイッチ１０Ａに導入された光を分岐コア１５或いは分岐コア１６に選択的に導波させるには、図示しない高周波回路部から薄膜コイル１９或いは薄膜コイル２０に交流電流を流す。この交流電流の周波数は、例えば２０〜３０ｋＨｚに選定されている。尚、この薄膜コイル１９，２０に通電する電流の周波数は、金属薄膜１７，１８に渦電流（これについては、後述する）が発生しやすい周波数に選定されている。

図２は、薄膜コイル１９に交流電流を流した状態を示している。同図に示されるように、薄膜コイル１９に交流電流を通電すると薄膜コイル１９を取り巻くように磁力線が発生し、この磁力線により磁性材よりなる金属薄膜１７に渦電流が発生する。この渦電流により金属薄膜１７は加熱し、発生した熱は上クラッド層１３を介して分岐コア１５に熱伝達される。即ち、分岐コア１５は、ＩＨ(Induction Heating：誘導加熱)の原理により加熱される。また、薄膜コイル２０に交流電流を通電した場合も同様の理由により金属薄膜１８は加熱し、発生した熱は上クラッド層１３を介して分岐コア１６に熱伝達される。

上記のように本実施例に係る光スイッチ１０Ａは、上クラッド層１３の外部に設けられた薄膜コイル１９，２０により、上クラッド層１３の内部に設けられた金属薄膜１７，１８を誘導加熱し、この熱により分岐コア１５，１６を加熱する構成としている。この際、金属薄膜１７，１８は分岐コア１５，１６と共に上クラッド層１３内に設けられているため、金属薄膜１７，１８と分岐コア１５，１６とは近接している。

このため、金属薄膜１７，１８で発生した熱は、従来に比べて分岐コア１５，１６に短時間で熱伝導され、分岐コア１５，１６を応答性よくかつ熱効率よく加熱することができる。また、金属薄膜１５，１６は、薄膜コイル１９，２０が発生する磁界により加熱されるため、薄膜コイル１９，２０に通電開始された後直ちに金属薄膜１５，１６を加熱することができる。よって、これによっても応答性よく分岐コア１５，１６を加熱することができる。

図３は、本実施例に係る光スイッチ１０Ａの応答性を従来の光スイッチ１００と比べて示す図である。図３（Ａ）は、光スイッチ１０Ａ及び光スイッチ１００に電流供給を行うＯＮ／ＯＦＦ状態を示している。また図３（Ｂ）は、本実施例に係る光スイッチ１０Ａにおいて、図３（Ａ）に示す電流供給のＯＮ／ＯＦＦを行った場合の分岐コア１５，１６の光強度の変化を示す図である。更に図３（Ｃ）は、比較例として従来の光スイッチ１００において、図３（Ａ）に示す電流供給のＯＮ／ＯＦＦを行った場合の分岐コア１０５，１０６の光強度の変化を示す図である。尚、各図において、横方向は時間変化を示している。

時刻t1に薄膜コイル１９，２０に交流電流が通電されると、本実施例に係る光スイッチ１０Ａでは、図３（Ｂ）に示すように、スイッチングされた分岐コア１５，１６の光強度は応答性よく直ちに上昇する。これに対し従来の一例である光スイッチ１００では、図３（Ｃ）に示すように、スイッチングされた分岐コア１０５，１０６の光強度は大きな遅延を持って上昇する。

また、時刻t2に通電が切られた場合も、本実施例に係る光スイッチ１０Ａでは、図３（Ｂ）に示すように、スイッチングされた分岐コア１５，１６の光強度は応答性よく直ちに下降する。これに対し従来の一例である光スイッチ１００では、図３（Ｃ）に示すように、スイッチングされた分岐コア１０５，１０６の光強度は大きな遅延を持って下降する。よって図３から、本実施例に係る光スイッチ１０Ａは、従来に比べて応答性を早められることが実証できた。

ところで、上記した実施例では、薄膜コイル１９，２０として１ターンのコイル構造を用いた例を示した。しかしながら、薄膜コイルの形状はこれに限定されるものではなく、例えば図４（Ａ）に示すように螺旋状（スパイラル状）に巻回した形状を有する薄膜コイル２１としてもよく、また図４（Ｂ）に示すように櫛歯形状の薄膜コイル２２としてもよい。図４に示すいずれの薄膜コイル２１，２２も、１ターンの薄膜コイル１９，２０に比べて同一電流値で高い磁力を発生することができる。但し、図４（Ｂ）に示す櫛歯形状の薄膜コイル２２は、図４（Ａ）に示すスパイラル状の薄膜コイル２１と異なり平面的に形成することが可能であるため容易に形成することができる。

次に、図５及び図６を参照して、光スイッチ１０Ａの製造方法について説明する。光スイッチ１０Ａを製造するには、先ず図５（Ａ）に示すように基板１１を用意する。この基板１１は、前記したようにガラス或いはシリコンの平板状の基板である。この基板１１上には、図５（Ｂ）に示すように下クラッド層１２が形成される。この下クラッド層１２は前記のようにフッ素化ポリイミド樹脂であり、例えば基板１１の上部に所定の厚さとなるようスピンコートされ、所定の温度で熱処理される。

続いて、図５（Ｃ）に示すように、下クラッド層１２の上部にコア層２５を形成する。このコア層２５は、下クラッド層１２及び上クラッド層１３と屈折率の異なるフッ素化ポリイミド樹脂であり、例えば基板１１の上部に所定の厚さとなるようスピンコートされる。このコア層２５の上部には、図５（Ｄ）に示すようにレジスト材２６が塗布されると共に、図５（Ｅ）に示すように、コア１４の形状に対応した部分（図では分岐コア１５，１６が示されている）を残し他の部分を除去することによりマスクパターン２７を形成する。

次に、図５（Ｆ）に示すように、マスクパターン２７をマスクとしてコア層２５を例えばＲＩＥ(Reactive Ion Etching)等を用いてエッチングする。そして、エッチング終了後にマスクパターン２７を剥離することにより、図５（Ｇ）に示すようにコア１４（分岐コア１５，１６）を形成する。

上記のようにして下クラッド層１２の上部にコア１４が形成されると、続いて図６（Ａ）に示すように、第１の上クラッド層１３Ａがコア１４を埋めるように形成される。この第１の上クラッド層１３Ａは、上クラッド層１３の一部を構成するものであり、下クラッド層１２と等しい屈折率を有するフッ素化ポリイミド樹脂よりなる。

第１の上クラッド層１３Ａの上部には、図６（Ｂ）に示すように、金属薄膜１７，１８が形成される。この金属薄膜１７，１８は、例えばリフトオフ法を用いることにより形成される。前記したように、金属薄膜１７，１８は磁性材よりなり、特に渦電流が発生し易い材料及び形状で形成される。

このように金属薄膜１７，１８が形成されると、図６（Ｃ）に示すように、第１の上クラッド層１３Ａの上部に第２の上クラッド層１３Ｂが形成される。第２の上クラッド層１３Ｂは、第１の上クラッド層１３Ａと同じフッ素化ポリイミド樹脂よりなる。よって第１の上クラッド層１３Ａの上部に第２の上クラッド層１３Ｂが形成されることにより、両者１３Ａ，１３Ｂは一体化して上クラッド層１３が形成される。また、上クラッド層１３が形成されることにより、コア１４（分岐コア１５，１６）及び金属薄膜１７，１８は上クラッド層１３内に埋設された状態となる。

上記のように上クラッド層１３が形成されると、続いて上クラッド層１３の上部に薄膜コイル１９，２０が形成される。この薄膜コイル１９，２０は、例えばリフトオフ法を用いることにより形成される。前記したように、薄膜コイル１９，２０はインピーダンスが小さい銅により形成される。以上の製造工程を実施することにより、図６（Ｄ）に示すように、光スイッチ１０Ａが製造される。

尚、上記した実施例では誘導加熱される導電性材料として金属薄膜１７，１８を用いた例を示したが、誘導加熱される導電性材料は金属に限定されるものではない。例えば、この導電性材料としてＩＴＯ(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)等を用いることもできる。

次に、本発明の第２実施例に係る光デバイスについて説明する。本実施例においても、光デバイスとして光スイッチ１０Ｂを例に挙げて説明する。

図７は光スイッチ１０Ｂを示す斜視図であり、図８は光スイッチ１０Ｂの製造方法を示す図である。尚、図７及び図８において、第１実施例の説明に用いた図１乃至図５に示した構成と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。

前記した第１実施例に係る光スイッチ１０Ａは、分岐コア１５，１６を加熱するのに誘導加熱（ＩＨ）を用い、分岐コア１５，１６に近接配置された金属薄膜１７，１８を加熱する構成とされていた。よって第１実施例では、金属薄膜１７，１８は薄膜コイル１９，２０と非接触かつ電気的に接続されることなく加熱処理を行う構成とされていた。

これに対して本実施例に係る光スイッチ１０Ｂは、図７及び図８（Ｅ）に示すように、分岐コア１５，１６を加熱する加熱手段として薄膜ヒータ２８，２９（電熱部材）と、この薄膜ヒータ２８，２９に給電を行う給電手段としてビア３０Ａ，３０Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ及び電極３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂを設けたことを特徴とするものである。

薄膜ヒータ２８，２９は、上クラッド層１３内に分岐コア１５，１６と近接するよう形成されている。この薄膜ヒータ２８，２９は電流が流れることによりジュール熱を発生させるものであり、例えばタングステン等により形成されている。

また、電極３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂは、上クラッド層１３の上部（外部）に形成されている。電極３２Ａは矩形状の薄膜ヒータ２８の一端部と対向する位置に形成されおり、電極３２Ｂは薄膜ヒータ２８の他端部と対向する位置に形成されている。同様に、電極３３Ａは矩形状の薄膜ヒータ２９の一端部と対向する位置に形成されおり、電極３３Ｂは薄膜ヒータ２９の他端部と対向する位置に形成されている。

更に、電極３２Ａと薄膜ヒータ２８の一端部はビア３０Ａにより電気的に接続されており、電極３２Ｂと薄膜ヒータ２８の他端部はビア３０Ｂにより電気的に接続されている。同様に、電極３３Ａは薄膜ヒータ２９の一端部とビア３１Ａにより電気的に接続されており、電極３３Ｂと薄膜ヒータ２９の他端部はビア３１Ｂにより電気的に接続されている。この各ビア３０Ａ，３０Ｂ，３１Ａ，３１Ｂは、各３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂと各薄膜ヒータ２８，２９との間に形成された上クラッド層１３を貫通して形成されている。

上記構成とされた光スイッチ１０Ｂは、電極３２Ａと電極３２Ｂとの間に電流を流すことにより薄膜ヒータ２８が加熱し、電極３３Ａと電極３３Ｂとの間に電流を流すことにより薄膜ヒータ２９が加熱する。よって、本実施例に係る光スイッチ１０Ｂにおいても、分岐コア１５，１６と、これを加熱する薄膜ヒータ２８，２９が近接しているため、薄膜ヒータ２８，２９で発生した熱は分岐コア１５，１６に短時間で熱伝導され、分岐コア１５，１６を応答性よくかつ熱効率よく加熱することができる。

また、薄膜ヒータ２８，２９は、各ビア３０Ａ，３０Ｂ，３１Ａ，３１Ｂにより各電極３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂに直接接続されている。このため、各電極３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂに通電開始後、薄膜ヒータ２８，２９は直ちに加熱されるため応答性よく各分岐コア１５，１６を加熱することができる。また、各ビア３０Ａ，３０Ｂ，３１Ａ，３１Ｂを介して薄膜ヒータ２８，２９に給電することにより、簡単な構成で薄膜ヒータ２８，２９に給電することが可能となる。

次に、図８を参照して、光スイッチ１０Ｂの製造方法について説明する。尚、図５（Ａ）〜（Ｅ）及び図６（Ａ）で説明した光スイッチ１０Ａの製造方法は、光スイッチ１０Ｂの製造方法と同一であるため、以下の説明では光スイッチ１０Ａの製造方法とは異なる工程（図６（Ａ）に示した工程より後の工程）についてのみ説明するものとする。

図８（Ａ）は、第１の上クラッド層１３Ａの上部に薄膜ヒータ２８，２９を形成した状態を示している。この薄膜ヒータ２８，２９は、例えばリフトオフ法を用いることにより形成される。前記したように、薄膜ヒータ２８，２９はタングステン等の電熱材料よりなる。薄膜ヒータ２８，２９が形成されると、図８（Ｂ）に示すように、第１の上クラッド層１３Ａの上部に第２の上クラッド層１３Ｂが形成される。

第２の上クラッド層１３Ｂは、第１の上クラッド層１３Ａと同じフッ素化ポリイミド樹脂よりなる。よって第１の上クラッド層１３Ａの上部に第２の上クラッド層１３Ｂが形成されることにより、両者１３Ａ，１３Ｂは一体化して上クラッド層１３が形成される。また、上クラッド層１３が形成されることにより、コア１４（分岐コア１５，１６）及び薄膜ヒータ２８，２９は上クラッド層１３内に埋設された状態となる。

上記のように上クラッド層１３が形成されると、図８（Ｃ）に示すように、上クラッド層１３にビア孔３４Ａ，３４Ｂ，３５Ａ，３５Ｂを形成する処理を行う。このビア孔３４Ａ，３４Ｂ，３５Ａ，３５Ｂは、薄膜ヒータ２８，２９の各端部と対向する位置に形成される。また、ビア孔３４Ａ，３４Ｂ，３５Ａ，３５Ｂの形成には、例えばレーザ加工を用いることができる。

ビア孔３４Ａ，３４Ｂ，３５Ａ，３５Ｂが形成されると、続いてこのビア孔３４Ａ，３４Ｂ，３５Ａ，３５Ｂ内に導電金属（例えば、銅）を形成することによりビア３０Ａ，３０Ｂ，３１Ａ，３１Ｂを形成する。図８（Ｄ）は、ビア３０Ａ，３０Ｂ，３１Ａ，３１Ｂが形成された状態を示している。

上記のようにビア３０Ａ，３０Ｂ，３１Ａ，３１Ｂが形成されると、このビア３０Ａ，３０Ｂ，３１Ａ，３１Ｂの上端部が上クラッド層１３から露出している部分と電気的に接続されるよう電極３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂを形成する。この電極３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂは、例えばリフトオフ法を用いることにより形成される。以上の工程を実施することにより、図８（Ｅ）に示す光スイッチ１０Ｂが製造される。

次に、本発明の第３実施例に係る光デバイスについて説明する。

本実施例においても、光デバイスとして光スイッチ１０Ｃを示している。図９はこの光スイッチ１０Ｃを示す斜視図であり、図１０は光スイッチ１０Ｃの断面図である。尚、図９及び図１０においても、第１実施例の説明に用いた図１乃至図６に示された構成と同一構成については、同一符号を付してその説明を省略するものとする。

本実施例に係る光スイッチ１０Ｃは、図７に示した第２実施例に係る光スイッチ１０Ｂと同様に、分岐コア１５，１６を加熱する加熱手段として薄膜ヒータ２８，２９（電熱部材）を上クラッド層１３内に埋設した構成となっている。即ち、薄膜ヒータ２８，２９は、上クラッド層１３内に分岐コア１５，１６と近接するよう形成されている。この薄膜ヒータ２８，２９は電流が流れることによりジュール熱を発生させるものであり、例えばタングステン等により形成されている。

また本実施例では、上クラッド層１３に溝部５８，５９を形成し、前記溝部５８，５９に薄膜ヒータ２８，２９を配設したことを特徴としている。溝部５８，５９は、薄膜ヒータ２８，２９の延在方向に沿って形成されており、よって薄膜ヒータ２８，２９は溝部５８，５９を介して露出した構成となっている。この薄膜ヒータ２８，２９は、溝部５８，５９内及び上クラッド層１３に配設された配線パターン（図示せず）により電流が供給され加熱する構成となっている。

尚、薄膜ヒータ２８，２９が変質し難い材料である場合には、本実施例のように薄膜ヒータ２８，２９を直接露出させてもよい。しかし、変質する可能性がある場合には、薄膜ヒータ２８，２９の上部に保護膜を形成することが望ましい。

上記構成とされた光スイッチ１０Ｃにおいても、薄膜ヒータ２８，２９は上クラッド層１３内に位置し、これにより薄膜ヒータ２８，２９と分岐コア１５，１６は近接しているため、薄膜ヒータ２８，２９で発生した熱は分岐コア１５，１６に短時間で熱伝導され、分岐コア１５，１６を応答性よくかつ熱効率よく加熱することができる。

図１１及び図１２は、本発明者が実施したシミュレーションの結果を示している。シミュレーションを行うに際し、上記した各光スイッチ１０Ａ〜１０Ｃ及び従来の光スイッチ１００（図１５，図１６参照）を下記のように分類した。具体的には、
（１）第１及び第２実施例に係る光スイッチ１０Ａ，１０Ｂのようにヒータとなる金属薄膜１７，１８及び薄膜ヒータ２８，２９が上クラッド層１３内に埋設された構成のもの（以下、この薄膜ヒータを埋め込み型薄膜ヒータという）、
（２）第３実施例に係る光スイッチ１０Ｃのように薄膜ヒータ２８，２９の上部に溝部５８，５９が形成されているもの（以下、この薄膜ヒータを溝付き型薄膜ヒータという）、
（３）従来の光スイッチ１００のように薄膜ヒータ１０７，１０８が上クラッド層１０３の上面に形成されているもの（以下、この薄膜ヒータを上付き型薄膜ヒータという）
に分類した。

また、図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、各薄膜ヒータの温度は１００℃に設定し、また底面の温度は２５℃に固定した。そして、分岐コア１５，１６の配設位置を解析ポイントに設定し、各薄膜ヒータに電流供給を開始した加熱開始からの解析ポイントの経時的な温度変化をシミュレーションにより求めた。そのシミュレーション結果を図１２に示す。

尚、上記した各実施例では、一対の分岐コアに対応して２つの薄膜ヒータが形成されているが、各薄膜ヒータは略同一温度特性を示すと思われる。このため、シミュレーションの便宜上、図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示す各断面図において、左側に位置する薄膜ヒータについてのみシミュレーションを実施することとした。

図１２に示されるように、上付き型ヒータを設けた従来の光スイッチ１００では、温度の上昇が低く、また応答性も悪いことが判る。これに対して、最も良好な応答性を示すのは埋込み型ヒータを有した第１及び第２実施例に係る光スイッチ１０Ａ，１０Ｂである。また、溝付き型ヒータを有した第３実施例に係る光スイッチ１０Ｃ、従来の光スイッチ１００に比べて高い応答性を有していることが判る。

図１２に示されるように、第３実施例に係る光スイッチ１０Ｃは、第１及び第２実施例に係る光スイッチ１０Ａ，１０Ｂに比べて若干応答性が低下している。これは、溝部５８，５９が形成されることにより、薄膜ヒータ２８，２９で発生した熱の一部が溝部５８，５９から放熱されることによる。

しかしながらこの現象は、電流の供給を停止した場合に有効な効果を奏する。即ち、本実施例に係る光スイッチ１０Ｃでは上クラッド層１３の薄膜ヒータ２８，２９の上部位置には溝部５８，５９が形成されているため、薄膜ヒータ２８，２９の熱は大気に直接放熱される。このため、電流の供給を停止した場合に薄膜ヒータ２８，２９は短時間で冷却され、よって電流停止時における光スイッチ１０Ｃの応答性を高めることができる。

次に、本発明の第４実施例に係る光デバイスについて説明する。

本実施例では、光デバイスとして導波路型光変調器５０を例に挙げている。図１３は、導波路型光変調器５０を示す斜視図である。尚、図１３においても、第１実施例の説明に用いた図１乃至図６に示された構成と同一構成については、同一符号を付してその説明を省略するものとする。

導波路型光変調器５０は、基板１１、下クラッド層１２、上クラッド層１３、コア５１、金属薄膜５４，５５、及び薄膜コイル５６，５７等により構成されている。コア５１は、第１実施例に係る光スイッチ１０Ａで用いたＹ分岐光導波路を２つ組み合わせた形状とされている。金属薄膜５４，５５は上クラッド層１３内に形成されおり、金属薄膜５４はコア５１を構成する分岐コア５２に近接するよう、金属薄膜５５はコア５１を構成する分岐コア５３に近接するよう配設されている。

薄膜コイル５６，５７は、図４（Ｂ）に示した薄膜コイル２２と同様に櫛歯形状を有している。この薄膜コイル５６，５７は上クラッド層１３の上部に形成されており、薄膜コイル５６，５７に交流電流を通電すると薄膜コイル５６，５７を取り巻くように磁力線が発生し、この磁力線により磁性材により形成された金属薄膜５４，５５に渦電流が発生する。この渦電流により金属薄膜５４，５７は加熱し、発生した熱は上クラッド層１３を介して分岐コア５２，５３に熱伝達される。

分岐コア５２，５３に同位相で分岐された光は、分岐コア５２，５３の屈折率に応じた位相変化を受ける。本実施例に係る導波路型光変調器５０は、分岐コア５２，５３が金属薄膜５４，５７で発生する熱により屈折率を変化させるため、分岐コア５２，５３内を導波する各光の位相Ｔが変化して、出力される光の光強度を変調することができる。

よって、光伝送路内に導波路型光変調器５０を設けることにより、導波される光の制御を行うことが可能となる。このように本発明の適用は、図１及び図２に示した光スイッチ１０Ａに限定されものではなく、上記した導波路型光変調器５０等の他の光学部品にも適用することが可能なものである。

続いて、本発明の一実施例である光デバイスユニットについて説明する。本実施例では、光デバイスユニットとして光スイッチユニット４０を例に挙げている。

図１４に示す光スイッチユニット４０は、８ポートの分岐回路の例を示している。従って、光スイッチユニット４０は、基板１１上に分岐コア４１Ａ〜４１Ｎ及びヒータ機構４２Ａ〜４２Ｎを形成した構成とされている。また、ヒータ機構４２Ａ〜４２Ｎは、個々図示しないが、第１実施例で示した光スイッチ１０Ａにおける加熱手段と同様に、上クラッド層内に形成された金属薄膜と、上クラッド層の上部に形成された薄膜コイルとにより夫々構成されている。

各金属薄膜は、対応する分岐コア４１Ａ〜４１Ｎの近傍に形成されている。そして、薄膜コイルに交流電流を印加することにより、この薄膜コイルに対応した金属薄膜に渦電流が発生して熱が発生する。この熱により対応する分岐コア４１Ａ〜４１Ｎは加熱され、これにより分岐コア４１Ａ〜４１Ｎの屈折率が変化する。

従って、ヒータ機構４２Ａ〜４２Ｎを構成する薄膜コイルには、交流電流を供給する電流供給手段が接続される。本実施例に係る光スイッチユニット４０は、基板１１上に電流供給手段として機能する高周波回路部４３，４４を設けたことを特徴としている。

即ち、光スイッチユニット４０は、基板１１上に光スイッチを構成する分岐コア４１Ａ〜４１Ｎ及びヒータ機構４２Ａ〜４２Ｎと共に、ヒータ機構４２Ａ〜４２Ｎ（薄膜コイル）に電流を供給する高周波回路部４３，４４を一括的に形成したことを特徴としている。この構成とすることにより、電流供給手段を別個に設ける構成に比べ、光スイッチユニット４０をコンパクトに構成することができる。

図１は、本発明の第１実施例である光デバイス（光スイッチ）の斜視図である。 図２は、図１におけるＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 図３は、本発明の効果を比較例と共に示す図である。 図４は、薄膜コイルの変形例を示す平面図である。 図５は、本発明の第１実施例である光デバイスの製造方法を説明するための図である（その１）。 図６は、本発明の第１実施例である光デバイスの製造方法を説明するための図である（その２）。 図７は、本発明の第２実施例である光デバイス（光スイッチ）の斜視図である。 図８は、本発明の第２実施例である光デバイスの製造方法を説明するための図である。 図９は、本発明の第３実施例である光デバイス（光スイッチ）の斜視図である。 図１０は、本発明の第３実施例である光デバイスの断面図である。 図１１は、加熱時における各薄膜ヒータの温度分布のシミュレーション条件を説明するための図である。 図１２は、加熱時における各薄膜ヒータの温度分布のシミュレーション結果を示す図である。 図１３は、本発明の第４実施例である光デバイス（導波路型光変調器）の斜視図である。 図１４は、本発明の一実施例である光スイッチユニットを示す平面図である。 図１５は、従来の一例である光スイッチの斜視図である。 図１６は、図１５におけるＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 光スイッチ
１１ 基板
１２ 下クラッド層
１３ 上クラッド層
１３Ａ 第１の上クラッド層
１３Ｂ 第２の上クラッド層
１４，４１，５１ コア
１５，１６，４１Ａ〜４１Ｎ，５２，５３ 分岐コア
１７，１８，５４，５５ 金属薄膜
１９〜２２，５６，５７ 薄膜コイル
２５ コア層
２６ レジスト材
２７ マスクパターン
２８，２９ 薄膜ヒータ
３０Ａ，３０Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ ビア
３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ 電極
３４Ａ，３４Ｂ，３５Ａ，３５Ｂ ビア孔
４０ 光スイッチユニット
４２Ａ〜４２Ｎ ヒータ機構
４３，４４ 高周波回路部
５０ 導波路型光変調器
５８，５９ 溝部

Claims (8)

1. クラッド層と、該クラッド層内に設けられた光導波路と、前記光導波路を加熱する加熱手段とを有する光デバイスにおいて、
   前記加熱手段は
   前記クラッド層内に設けられた導電性材料と、
   前記クラッド層の外部に設けられ、前記導電性材料を誘導加熱するコイルとを有することを特徴とする光デバイス。
2. 請求項１記載の光デバイスにおいて、
   前記コイルの形状を櫛歯形状としたことを特徴とする光デバイス。
3. 請求項１または２記載の光デバイスにおいて、
   前記導電性材料の比抵抗を５〜４００μΩｃｍとしたことを特徴とする光デバイス。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光デバイスと、
   該光デバイスを構成する前記コイルに交流電流を供給する電流供給手段と
   を有することを特徴とする光デバイスユニット。
5. 請求項４記載の光デバイスユニットにおいて、
   前記光デバイスと前記電流供給手段とを同一基板上に配設したことを特徴とする光デバイスユニット。
6. クラッド層と、該クラッド層内に設けられた光導波路と、前記光導波路を加熱する加熱手段とを有する光デバイスにおいて、
   前記加熱手段を
   前記クラッド層内に設けられた電熱部材と、
   前記クラッド層の外部より前記電熱部材に給電を行う給電手段と
   を有する構成としたことを特徴とする光デバイス。
7. 請求項６記載の光デバイスにおいて、
   前記給電手段は、前記クラッド層に形成されたビアを含む構成であることを特徴とする光デバイス。
8. 請求項６または７記載の光デバイスにおいて、
   前記クラッド層に溝部を形成し、前記溝部に前記電熱部材を配設したことを特徴とする光デバイス。