JP2006208952A - 光スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導波路を加熱することにより導波路の光を分岐させる光スイッチ装置及び光スイッチ方法に関し、低消費電力で、確実に分岐が行える光スイッチ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、入力光を伝搬する入力導波路と、入力導波路からの光を伝搬する複数の出力導波路と、入力導波路と出力導波路との間に設けられ、入力導波路からの光を複数の出力導波路に入射する分岐導波路と、入力導波路及び出力導波路並びに分岐導波路を加熱する加熱手段とを有し、入力導波路及び出力導波路並びに分岐導波路を加熱手段により加熱することにより入力導波路の光を複数の出力導波路のうち所望の出力導波路に選択的に伝搬する光スイッチ装置であって、加熱手段は分岐導波路と複数の出力導波路との境界部分から出力導波路側に、複数の出力導波路に沿って配置されたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は光スイッチ装置、及び、光スイッチング方法に係り、特に、導波路を加熱することにより導波路の光を分岐させる光スイッチ装置及び光スイッチ方法に関する。

近年、ネットワークを光ファイバ化し、ユーザ宅まで引き込むＦＴＴＨ（fiber to the home）構想が具象化されつつある。ＦＴＴＨでは、各所で光分岐などを行うための光通信用モジュールが使用されている。ＦＴＴＨの進展に伴って、光通信用モジュールの需要も増大傾向にある。光通信用モジュールとして用いられる光デバイスとして熱光学式光スイッチがある。

熱光学式光スイッチは、分岐した導波路上に薄膜ヒータを配置した構成とされており、一方の導波路をその上部に配置された薄膜ヒータにより加熱することにより、熱光学効果によって分岐した一方の導波路のコア部の屈折率を他方の導波路のコア部の屈折率に比べて低下させることにより光路の切換を行う光デバイスである（特許文献１〜４参照）。

特開２０００−２４１８３８号公報 特開２００１−２９０１８１号公報 特開２００３−５２３２号公報 特開２０００−２４１７７４号公報

しかるに、従来の熱光学式光分岐スイッチでは、確実にスイッチングを行わせるために、薄膜ヒータの長さを必要以上に長く設定していたため、消費電力が大きくなるなどの問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、低消費電力で、確実に分岐が行える光スイッチ装置を提供することを目的とする。

本発明は、入力光を伝搬する入力導波路（１２１）と、入力導波路（１２１）からの光を伝搬する複数の出力導波路（１２３、１２４）と、入力導波路（１２１）と出力導波路（１２３、１２４）との間に設けられ、入力導波路（１２１）からの光を複数の出力導波路（１２３、１２４）に入射する分岐導波路（１２２）と、入力導波路（１２１）及び出力導波路（１２３、１２４）並びに分岐導波路（１２２）を加熱する加熱手段（１２５、１２６）とを有し、入力導波路（１２１）及び出力導波路（１２３、１２４）並びに分岐導波路（１２２）を加熱手段（１２５、１２６）により加熱することにより入力導波路（１２１）の光を複数の出力導波路（１２３、１２４）のうち所望の出力導波路（１２３、１２４）に選択的に伝搬する光スイッチ装置であって、加熱手段（１２５、１２６）は分岐導波路（１２２）と複数の出力導波路（１２３、１２４）との境界部分から出力導波路（１２３、１２４）側に、複数の出力導波路（１２３、１２４）に沿って配置されたことを特徴とする。

加熱手段（１２５、１２６）は、複数の出力導波路（１２３、１２４）の各々に、複数の出力導波路（１２３、１２４）に沿って３００〜８００μｍの長さに形成されていることを特徴とする。

また、加熱手段（１２５、１２６）は、薄膜ヒータから構成されたことを特徴とする。薄膜ヒータは、幅が２０μｍ程度であることを特徴とする。

なお、上記参照符号はあくまでも請求の範囲の理解を容易にするためのものであり、これによって請求の範囲が限定されるものではない。

本発明によれば、加熱手段を分岐導波路と複数の出力導波路との境界部分から出力導波路側、すなわち、導波路の分岐以降に、複数の出力導波路に沿って配置し、導波路を加熱することにより、効率良く、かつ、確実にスイッチングを行うことができ、低消費電力で、確実に分岐が行えるようになる。

図１は本発明の一実施例の斜視図、図２は光学素子１０１の平面図、図３は光学素子１０１の平面図、図４は光学素子１０１の模式図、図５は光学素子１０１の要部の断面図を示す。

本実施例の光スイッチ装置１００は、熱光学式光スイッチである光学素子１０１及びその両端に結合されたファイバアレイ部１０２、１０３から構成されている。

光学素子１０１は、図５に示すように基板１１１、コア部１１２、クラッド部１１３、加熱部１１４から構成されている。基板１１１は、例えば、シリコン基板から構成されている。

コア部１１２は、例えば、フッ素化ポリイミドなどの透明樹脂から構成されており、例えば、ポリアミド酸などの層をスピンコート法などにより形成した後、加熱処理することでイミド化させることにより形成される。なお、コア部１１２は、断面形状が光ファイバの直径程度、例えば、一辺が略５μｍ程度となるように形成されている。

クラッド部１１３は、コア部１１２と同様に、フッ素化ポリイミドなどの透明樹脂から構成されており、下部クラッド層１１３ａ及び上部クラッド層１１３ｂから構成されており、コア部１１２を囲むように形成されている。

このとき、コア部１１２、及び、クラッド部１１３は、クラッド部１１３の屈折率をｎ１、コア部１１２の屈折率をｎ２としたとき、
ｎ１＜ｎ２
となるように構成樹脂の成分調整が行われている。屈折率ｎ１、ｎ２は、例えば、ｎ１＝１．５２５、ｎ２＝１．５３１に設定される。コア部１１２とクラッド部１１３との屈折率の違いによって、コア部１１２が導波路として作用する。

光学素子１０１に形成される導波路は、入力導波路１２１、分岐導波路１２２、第１の出力導波路１２３、第２の出力導波路１２４から構成されている。なお、光学素子１０１には、上部クラッド層１１３ｂ上に第１のヒータ１２５、第２の１２６を搭載した構成とされている。

入力導波路１２１は、一端にファイバアレイ部１０２により光ファイバ１３１が結合されており、入力光が供給される。入力導波路１２１の一端に供給された光は、入力導波路１２１の他端に供給される。入力導波路１２１の他端は、分岐導波路１２２の一端に結合されている。入力導波路１２１は、一端に供給された入力光を他端に配置された分岐導波路１２２に伝搬する。

分岐導波路１２２は、一端が入力導波路１２１の他端に結合されており、他端が第１の出力導波路１２３の一端及び第２の出力導波路１２４の一端に結合されている。分岐導波路１２２は、入力導波路１２１の他端から供給された光を第１の出力導波路１２３及び第２の出力導波路１２４の一端に分配する。

第１の出力導波路１２３は、一端が分岐導波路１２２の他端に接続され、他端がファイバアレイ部１０３を介して光ファイバ１３２に結合されており、分岐導波路１２２から供給された光を光ファイバ１３２に供給する。第２の出力導波路１２４は、一端が分岐導波路１２２の他端に接続され、他端がファイバアレイ部１０３を介して光ファイバ１３３に結合されており、分岐導波路１２２から供給された光を光ファイバ１３３に供給する。

第１のヒータ１２５は、ニクロム系、クロム系の金属を成膜した薄膜ヒータから構成されており、分岐導波路１２２と第１の出力導波路１２３及び第２の出力導波路１２４との境界部分から第１の出力導波路１２３側、すなわち、導波路の分岐以降に、第１の出力導波路１２３に沿って、略５００μｍの長さに亘って、略２０μｍの幅で配置され、第１の導波路１２３を加熱する。

なお、膜厚は、１００ｎｍ程度である。第１のヒータ１２５の両端は、接続パッド１４１、１４２に接続されている。また、第１のヒータ１２５と第１の出力導光路１２３とは、最短距離が略１０μｍ以上となるように設定されている。

第２のヒータ１２６は、ニクロム系、クロム系の金属を成膜した薄膜ヒータから構成されており、分岐導波路１２２と第１の出力導波路１２３及び第２の出力導波路１２４との境界部分から第２の出力導波路１２４側、すなわち、導波路の分岐以降に、第２の出力導波路１２４に沿って、略５００μｍの長さに亘って、略２０μｍの幅で配置され、第２の導波路１２４を加熱する。

なお、膜厚は、１００ｎｍ程度である。第２のヒータ１２６の両端は、接続パッド１５１、１５２に接続されている。また、第２のヒータ１２６と第２の出力導光路１２４とは、最短距離が略１０μｍ以上となるように設定されている。

〔作用〕
図６は第１及び第２ヒータ１２５、１２６の加熱位置に対するスイッチング特性の関係を説明するための図を示す。図６（Ａ）は加熱領域を示す図、図６（Ｂ）は加熱領域に対する第１の出力導波路１２３と第２の出力導波路１２４の光強度を示す図である。なお、図６（Ｂ）において白地は加熱側の導波路、斜線は非加熱側の導波路の光強度を示している。

入力導波路１２１は、４０００μｍに亘って形成されている。加熱領域ＷＧ１、ＷＧ２、ＷＧ３は入力導波路１２１に沿った領域である。分岐導波路１２２は５００μｍに亘って形成されている。加熱領域ＷＧ４は分岐導波路１２２に沿った領域である。

第１及び第２の出力導波路１２３、１２４は、入力直線部１２３ａ、１２４ａ、Ｓ字曲線部１２３ｂ、１２４ｂ、出力直線部１２３ｃ、１２４ｃとから構成されている。入力直線部１２３ａ、１２４ａは、導波路の分岐以降、５００μｍに亘って形成されている。また、Ｓ字曲線部１２３ｂ、１２４ｂは３５００μｍに亘って形成されている。さらに、出力直線部１２３ｃ、１２４ｃは１５００μｍに亘って形成されている。

加熱領域ＷＧ５は、入力直線部１２３ａ、１２４ａに沿った領域である。加熱領域ＷＧ６はＳ字曲線部１２３ｂ、１２４ｂに沿った領域である。加熱領域ＷＧ７は、出力直線部１２３ｃ、１２４ｃに沿った領域である。

図６（Ｂ）に示すように加熱領域ＷＧ５のみを加熱した場合には、（１）加熱領域ＷＧ４及び加熱領域ＷＧ５、（２）加熱領域ＷＧ５及び加熱領域ＷＧ６、（３）加熱領域ＷＧ３及び加熱領域ＷＧ４並びに加熱領域ＷＧ５、（４）加熱領域ＷＧ４及び加熱領域ＷＧ５並びに加熱領域ＷＧ６、（５）加熱領域ＷＧ２及び加熱領域ＷＧ３及び加熱領域ＷＧ４並びに加熱領域ＷＧ５、（６）加熱領域ＷＧ３及び加熱領域ＷＧ４及び加熱領域ＷＧ５並びに加熱領域ＷＧ６、（７）加熱領域ＷＧ２及び加熱領域ＷＧ３及び加熱領域ＷＧ４及び加熱領域ＷＧ５並びに加熱領域ＷＧ６を加熱した場合と同等のスイッチング特性を得ることができる。

一方、図７は第１及び第２のヒータ１２５、１２６の長さをパラメータとしたときの消費電力に対する消光比の関係を示す図である。なお、このとき、第１及び第２のヒータ１２５、１２６は図６（Ａ）において加熱領域ＷＧ５から加熱領域ＷＧ７への方向に５００μｍ、１５００μｍ、２０００μｍと延長した場合の消費電力に対する消光比を測定したものである。

図７に示すように第１及び第２のヒータ１２５、１２６の長さが２０００μｍと、消費電力３６０ｍＷ程度まで大きくしなければ、所望の消光比２０ｄＢを得ることはできない。一方、第１及び第２のヒータ１２５、１２６の長さを１５００μｍにした場合には、所望の消光比２０ｄＢを得るのに必要な消費電力は３００ｍＷ程度で済み。第１及び第２のヒータ１２５、１２６の長さを５００μｍとした場合には、所望の消光比２０ｄＢを得るのに必要な消費電力は１７０ｍＷ程度で済む。なお、第１及び第２のヒータ１２５、１２６の長さを３００μｍ程度未満にした場合には、図７に破線で示すようにピーク値の消費電力は低下するものの、消光比も低下してしまい、所望の消光比２０ｄＢを得ることはできなくなる。

このように、第１及び第２のヒータ１２５、１２６の長さを５００μｍとした場合に、最も効率よく、かつ、確実にスイッチングを行うことが可能となる。なお、第１及び第２のヒータ１２５、１２６の長さは３００〜８００μｍ程度であれば、第１及び第２のヒータ１２５、１２６の長さを５００μｍとした場合と略同等の性能を実現できる。

〔効果〕
本実施例によれば、ヒータを分岐導波路と複数の出力導波路との境界部分から出力導波路側、すなわち、導波路の分岐移行に、複数の出力導波路に沿って配置し、導波路を加熱することにより、効率良く、かつ、確実にスイッチングを行うことができ、低消費電力で、確実に分岐が行えるようになる。

〔その他〕
なお、本実施例では、第１のヒータ１２５及び第２のヒータ１２６の長さを５００μｍとしたが、３００〜８００μｍの範囲内に納まっていれば、低消費で、かつ、確実に経路の切り換えを行うことが可能となる。

また、本実施例では、２分岐を例に説明を行ったが、二分岐に限定されるものではなく、複数分岐の経路切り換えに適用できることは言うまでもない。

本発明の一実施例の斜視図である。 本発明の一実施例の平面図である。 本発明の一実施例の要部の平面図である。 本発明の一実施例の要部の模式図である。 本発明の一実施例の要部の断面図である。 第１及び第２ヒータ１２５、１２６の加熱位置に対するスイッチング特性の関係を説明するための図である。 第１及び第２のヒータ１２５、１２６の長さをパラメータとしたときの消費電力に対する消光比の関係を示す図である。

符号の説明

１００ 光スイッチ装置
１０１ 光学素子、１０２、１０３ ファイバアレイ部
１１１ 基板、１１２ コア部、１１３ クラッド部、１１４ ヒータ部
１１３ａ 下部クラッド層、１１３ｂ 上部クラッド層
１２１ 入力導波路、１２２ 分岐導波路
１２３ 第１の出力導波路、１２４ 第２の出力導波路
１２５ 第１のヒータ、１２６ 第２のヒータ
１３１、１３２、１３３ 光ファイバ
１４１、１４２、１５１、１５２ 接続パッド

Claims (4)

1. 入力光を伝搬する入力導波路と、該入力導波路からの光を伝搬する複数の出力導波路と、該入力導波路と該出力導波路との間に設けられ、該入力導波路からの光を該複数の出力導波路に入射する分岐導波路と、該入力導波路及び該出力導波路並びに該分岐導波路を加熱する加熱手段とを有し、該入力導波路及び該出力導波路並びに該分岐導波路を該加熱手段により加熱することにより該入力導波路の光を該複数の出力導波路のうち所望の出力導波路に選択的に伝搬する光スイッチ装置であって、
   前記加熱手段は、前記分岐導波路と前記複数の出力導波路との境界部分から前記出力導波路側に、前記複数の出力導波路に沿って配置されたことを特徴とする光スイッチ装置。
2. 前記加熱手段は、前記複数の出力導波路の各々に、前記複数の出力導波路に沿って３００〜８００μｍの長さに形成されていることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ装置。
3. 前記加熱手段は、薄膜ヒータから構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の光スイッチ装置。
4. 前記薄膜ヒータは、幅が２０μｍ程度であることを特徴とする請求項３記載の光スイッチ装置。
   

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