JP2006259104A - Optical circuit and optical variable attenuator with waveguide - Google Patents

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a waveguide type optical variable attenuator whose operation speed is fast. <P>SOLUTION: The waveguide type optical variable attenuator has a Mach-Zehnder type optical waveguide 22, having a couple of channel waveguides 28 and 29 between an input waveguide 24 and an output waveguide 25, formed on a quartz substrate 21, is provided with a thin-film heater 31 on the surface of the channel waveguide 28, and supplies electric power to the thin-film heater 31 to attenuate signal light. The one channel waveguide 28 or both the channel waveguides are raised from the substrate, a heater 31 is provided on one flank 33a of the channel waveguide, and a film 32 for heat conduction is provided on the other flank 34a. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光導波路に加熱手段を設けた光回路に係り、特に、マッハツェンダ型導波路にヒータを設けた導波路型光可変減衰器に関するものである。   The present invention relates to an optical circuit in which a heating means is provided in an optical waveguide, and more particularly to a waveguide type optical variable attenuator in which a heater is provided in a Mach-Zehnder type waveguide.

コア埋込型光導波路とヒータ等の加熱手段を備えた光回路の一つに光可変減衰器がある。光通信で用いられる光可変減衰器は、ある強度Pinの光を任意の強度Pout(Pin>Pout)に減衰させる機能を有するものである。 An optical variable attenuator is one of optical circuits including a core-embedded optical waveguide and heating means such as a heater. An optical variable attenuator used in optical communication has a function of attenuating light having a certain intensity P in to an arbitrary intensity P out (P in > P out ).

図6に従来の一般的な導波路型光可変減衰器を示す。図6に示すように、導波路型光可変減衰器80は、基板上に形成された入力導波路82と、出力導波路83と、入力導波路82及び出力導波路83にそれぞれ接続される光カプラ部84,85と、それら光カプラ部84,85間に接続される一対のチャネル導波路86,87とで構成される対称マッハツェンダ型光導波路88を備える。一方のチャネル導波路86上方のクラッド表面には、金属膜のヒータ89が設けられ、ヒータ89には電力供給用の電源90が接続されている。   FIG. 6 shows a conventional general waveguide type optical variable attenuator. As shown in FIG. 6, the waveguide type optical variable attenuator 80 includes an input waveguide 82 formed on a substrate, an output waveguide 83, and light connected to the input waveguide 82 and the output waveguide 83, respectively. A symmetric Mach-Zehnder optical waveguide 88 including a coupler section 84 and 85 and a pair of channel waveguides 86 and 87 connected between the optical coupler sections 84 and 85 is provided. A metal film heater 89 is provided on the clad surface above one of the channel waveguides 86, and a power supply 90 is connected to the heater 89.

入力側の光カプラ部84は、入力導波路82を伝送してきた光を分波し、分波した光を各チャネル導波路86,87にそれぞれ伝送する。また、出力側の光カプラ部85は、各チャネル導波路86,87を伝送してきた光を合波し、合波した光を出力導波路83に出射する。   The input-side optical coupler unit 84 demultiplexes the light transmitted through the input waveguide 82 and transmits the demultiplexed light to the channel waveguides 86 and 87, respectively. The output-side optical coupler unit 85 multiplexes the light transmitted through the channel waveguides 86 and 87, and outputs the combined light to the output waveguide 83.

ヒータ89は、電源90からの供給電力が大きいほどに高熱を発生し、その熱でチャネル導波路86を温め、チャネル導波路86の屈折率を変化させる。   The heater 89 generates high heat as the power supplied from the power supply 90 increases, and the channel waveguide 86 is warmed by the heat to change the refractive index of the channel waveguide 86.

このような構成によれば、一方のチャネル導波路86を温めてチャネル導波路86の屈折率を変化させることで、入力側の光カプラ部84で分岐され、両チャネル導波路86,87を伝搬する信号光に位相差がつき、出力側の光カプラ部85において干渉により信号光は減衰されて出力される。チャネル導波路86の温度をヒータで制御すれば、チャネル導波路86の屈折率、すなわち信号光の位相を制御でき、出力導波路83を出射する光の減衰量を制御することができる。   According to such a configuration, one of the channel waveguides 86 is heated to change the refractive index of the channel waveguide 86, so that it is branched by the input-side optical coupler unit 84 and propagates through both channel waveguides 86 and 87. The signal light to be phased has a phase difference, and the signal light is attenuated and output by the interference in the optical coupler unit 85 on the output side. If the temperature of the channel waveguide 86 is controlled by a heater, the refractive index of the channel waveguide 86, that is, the phase of the signal light can be controlled, and the attenuation amount of the light emitted from the output waveguide 83 can be controlled.

また、従来の導波路型光可変減衰器の他の例として、導波路型光可変減衰器を2段連結したものがある。   Another example of a conventional waveguide-type optical variable attenuator is one in which two waveguide-type optical variable attenuators are connected.

図7に示すように、導波路型光可変減衰器91は、前段の導波路型光可変減衰器92と後段の導波路型光可変減衰器93とが1/2波長板94を介して連結して構成される。   As shown in FIG. 7, a waveguide-type variable optical attenuator 91 includes a front-stage waveguide-type variable optical attenuator 92 and a rear-stage waveguide-type variable optical attenuator 93 connected via a half-wave plate 94. Configured.

各導波路型光可変減衰器92,93は、一対の光カプラ部95,96及びそれら光カプラ部95,96間に接続される一対のチャネル導波路97,98とで構成されるマッハツェンダ型導波路99を備え、各チャネル導波路97,98上にそれぞれヒータ100,101が形成されてなる。   Each of the waveguide-type variable optical attenuators 92 and 93 includes a pair of optical couplers 95 and 96 and a pair of channel waveguides 97 and 98 connected between the optical couplers 95 and 96. A waveguide 99 is provided, and heaters 100 and 101 are formed on the channel waveguides 97 and 98, respectively.

前段の減衰器92を出射し後段の減衰器93に入射する信号光は、1/2波長板94により、信号光の水平偏波が垂直偏波に変換され、垂直偏波が水平偏波に変換される。したがって、前段の導波路型光可変減衰器92で発生した偏光依存性損失(PDL)が、後段の導波路型光可変減衰器93で相殺され、導波路型光可変減衰器91ではPDLを低減できるといった利点がある(特許文献1参照)。   The signal light emitted from the preceding attenuator 92 and incident on the subsequent attenuator 93 is converted by the half-wave plate 94 into horizontal polarization of the signal light, and the vertical polarization becomes horizontal polarization. Converted. Therefore, the polarization dependent loss (PDL) generated in the front-stage waveguide type optical variable attenuator 92 is canceled out by the rear-stage waveguide type optical variable attenuator 93, and the waveguide-type optical variable attenuator 91 reduces PDL. There is an advantage that it can be performed (see Patent Document 1).

特開平11−133364号公報JP 11-133364 A

図8に示すように、上述の導波路型光可変減衰器80は、基板102、アンダークラッド103、コア86、アッパークラッド81、ヒータ89の順に積層されてなり、コア及びクラッドを形成する材料としてSiO2 ガラスが用いられている。すなわち、ヒータ89はチャネル導波路86の上面に設けられると共に、SiO2 ガラスの熱伝導率が低いため、ヒータ89の熱がコア86に伝わりにくく、動作速度が遅いといった欠点があった。 As shown in FIG. 8, the above-described waveguide type optical variable attenuator 80 is formed by laminating a substrate 102, an underclad 103, a core 86, an upper clad 81, and a heater 89 in this order, as a material for forming the core and the clad. SiO 2 glass is used. That is, the heater 89 is provided on the upper surface of the channel waveguide 86, and the heat conductivity of the SiO 2 glass is low, so that the heat of the heater 89 is not easily transmitted to the core 86 and the operation speed is low.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、コアの温度変化速度の速い光回路、及び動作速度の速い導波路型光可変減衰器を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide an optical circuit with a fast core temperature change speed and a waveguide type optical variable attenuator with a high operating speed.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、石英基板上に、コアと、コアの周囲を覆うクラッドからなる光導波路を形成し、その光導波路の表面に加熱手段を設けた光回路において、上記光導波路は、基板または基板上に形成される下部クラッド層に対して隆起して形成され、その光導波路の一側面に加熱手段を設け、他側面に熱伝導用膜を設けた光回路である。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is an optical circuit in which an optical waveguide comprising a core and a clad covering the periphery of the core is formed on a quartz substrate, and heating means is provided on the surface of the optical waveguide. The optical waveguide is formed by raising a substrate or a lower clad layer formed on the substrate, a heating means is provided on one side of the optical waveguide, and a heat conducting film is provided on the other side. Circuit.

請求項2の発明は、上記光導波路の一側面或いは両側面が傾斜している請求項1記載の光回路である。   The invention according to claim 2 is the optical circuit according to claim 1, wherein one side surface or both side surfaces of the optical waveguide are inclined.

請求項3の発明は、上記熱伝導用膜は、金、銀、銅、アルミニウム、シリコン、ニッケルのいずれかで形成される請求項1または2記載の光回路である。   A third aspect of the invention is the optical circuit according to the first or second aspect, wherein the heat conducting film is formed of any one of gold, silver, copper, aluminum, silicon, and nickel.

請求項4の発明は、石英基板上に、入力導波路と出力導波路間に一対のチャネル導波路を有するマッハツェンダ型光導波路を形成し、一方のチャネル導波路上方に薄膜ヒータを設け、その薄膜ヒータに通電して信号光を減衰させる導波路型光可変減衰器において、一方或いは両方のチャネル導波路が基板に対して隆起して形成され、そのチャネル導波路の一側面にヒータを設け、その他側面に熱伝導用膜を設けた導波路型光可変減衰器である。   According to a fourth aspect of the present invention, a Mach-Zehnder type optical waveguide having a pair of channel waveguides is formed between an input waveguide and an output waveguide on a quartz substrate, and a thin film heater is provided above one of the channel waveguides. In a waveguide-type variable optical attenuator that attenuates signal light by energizing a heater, one or both channel waveguides are formed so as to protrude from the substrate, and a heater is provided on one side of the channel waveguide. This is a waveguide type optical variable attenuator provided with a heat conducting film on the side surface.

請求項5の発明は、上記チャネル導波路の一側面或いは両側面が傾斜している請求項4記載の導波路型光可変減衰器である。   The invention according to claim 5 is the waveguide type optical variable attenuator according to claim 4, wherein one side surface or both side surfaces of the channel waveguide are inclined.

請求項6の発明は、上記熱伝導用膜は、金、銀、銅、アルミニウム、シリコン、ニッケルのいずれかで形成される請求項4または5記載の導波路型光可変減衰器である。   The invention according to claim 6 is the waveguide type optical variable attenuator according to claim 4 or 5, wherein the heat conducting film is formed of gold, silver, copper, aluminum, silicon, or nickel.

本発明者は種々の実験を行い、光導波路の温度をある目標値まで上昇させるために、より大きな消費電力、つまり、より大きな発熱を必要とするような物質をヒータと異なる位置に形成することにより、より高速な応答を実現できることを見出し本発明に至った。すなわち、SiO2 ガラスよりも高い熱伝導率を有する材料で膜を形成し、放熱量を大きくすることにより高速応答を実現することができる。 The present inventor conducted various experiments and formed a material that requires higher power consumption, that is, higher heat generation, at a different position from the heater in order to raise the temperature of the optical waveguide to a certain target value. As a result, it has been found that a faster response can be realized, and the present invention has been achieved. That is, a high-speed response can be realized by forming a film with a material having a higher thermal conductivity than that of SiO 2 glass and increasing the heat radiation amount.

本発明によれば、動作速度を高速にできるといった優れた効果を発揮する。   According to the present invention, an excellent effect that the operation speed can be increased is exhibited.

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明に係る光回路の好適な一実施の形態を示した断面図である。   FIG. 1 is a sectional view showing a preferred embodiment of an optical circuit according to the present invention.

図1に示すように、光回路10は、基板11と、基板11上に設けられる光導波路12とを備える。光導波路12は、断面が矩形状のコア13と、コア13を覆うクラッド14とからなり、光導波路12の側面15,16が形成されるように、基板11に対して隆起して形成されている。基板11及びクラッド14は、純粋石英で形成され、コア13は石英に添加物が添加された石英系材料で形成される。   As shown in FIG. 1, the optical circuit 10 includes a substrate 11 and an optical waveguide 12 provided on the substrate 11. The optical waveguide 12 includes a core 13 having a rectangular cross section and a clad 14 covering the core 13, and is formed so as to protrude from the substrate 11 so that the side surfaces 15 and 16 of the optical waveguide 12 are formed. Yes. The substrate 11 and the clad 14 are made of pure quartz, and the core 13 is made of a quartz-based material obtained by adding an additive to quartz.

本実施の形態の光回路10では、光導波路12の両側面15,16が傾斜しており、光導波路12が所謂メサ形に形成されている。それらの両傾斜面15,16はコア13に対して対称に傾斜し、光導波路12の一側面15には加熱手段17が設けられ、他側面16には熱伝導用膜18が設けられている。光導波路12の側面15,16は、基板11に垂直に形成されてもよい。加熱手段17としては、例えば、電源に接続された金属製の薄膜ヒータ等が挙げられる。熱伝導用膜18は、熱伝導性の良い材料で形成され、その材料はクラッドの熱伝導率より高い熱伝導率を有する材料であればよく、金属であることが好ましい。より好ましくは、金、銀、銅、アルミニウム、シリコン、ニッケルのいずれかで形成されるのがよい。   In the optical circuit 10 of the present embodiment, both side surfaces 15 and 16 of the optical waveguide 12 are inclined, and the optical waveguide 12 is formed in a so-called mesa shape. Both inclined surfaces 15 and 16 are inclined symmetrically with respect to the core 13, a heating means 17 is provided on one side surface 15 of the optical waveguide 12, and a heat conducting film 18 is provided on the other side surface 16. . The side surfaces 15 and 16 of the optical waveguide 12 may be formed perpendicular to the substrate 11. Examples of the heating means 17 include a metal thin film heater connected to a power source. The heat conduction film 18 is formed of a material having good heat conductivity, and the material may be any material having a heat conductivity higher than that of the clad, and is preferably a metal. More preferably, it is made of gold, silver, copper, aluminum, silicon, or nickel.

本実施の形態の光回路の作用について説明する。   The operation of the optical circuit of the present embodiment will be described.

図5に示すように、加熱手段17が熱を発すると、熱伝導用膜18は加熱手段17の近傍に設けられていると共に、熱伝導用膜18の熱伝導率がクラッドの熱伝導率より高いので、発生した熱の大半は熱伝導用膜18へ伝導される。このとき、コア13は、クラッド14を介して加熱手段17と熱伝導用膜18間に設けられているので、加熱手段17から熱伝導用膜18へ伝導する熱はコアを加熱している状態になり、コアを効率よく加熱させることができる。   As shown in FIG. 5, when the heating means 17 generates heat, the heat conducting film 18 is provided in the vicinity of the heating means 17, and the heat conductivity of the heat conducting film 18 is greater than the heat conductivity of the cladding. Since it is high, most of the generated heat is conducted to the heat conducting film 18. At this time, since the core 13 is provided between the heating means 17 and the heat conducting film 18 via the clad 14, the heat conducted from the heating means 17 to the heat conducting film 18 heats the core. Thus, the core can be efficiently heated.

また、熱伝導用膜18は、クラッド14に比べて外気に放熱しやすいため、熱伝導用膜18をコア13の近傍に設けることで、加熱手段17を停止または減熱させたときには、コアの熱は主に熱伝導用膜18に伝導して放熱されやすい。   Further, since the heat conducting film 18 radiates heat to the outside air more easily than the clad 14, the heat conducting film 18 is provided in the vicinity of the core 13, so that when the heating means 17 is stopped or reduced in heat, Heat is mainly conducted to the heat conducting film 18 and easily radiated.

すなわち、従来の光回路における薄膜ヒータ→コア→基板といった熱の流れ(図8参照)を、本実施の形態の光回路10では、コア13の近傍に熱伝導用膜18を設けることで光導波路12を熱しやすく冷めやすい構造とし、薄膜ヒータ17より発する熱が基板11と平行方向に、薄膜ヒータ→コア→熱伝導用膜と流れるようにして、コア13の加熱や放熱のスピードを速めたものである。   That is, in the conventional optical circuit, the heat flow (see FIG. 8) of the thin film heater → the core → the substrate, the optical circuit 10 of the present embodiment provides the optical waveguide by providing the heat conducting film 18 in the vicinity of the core 13. 12 has a structure that heats and cools easily, and heat generated from the thin film heater 17 flows in the direction parallel to the substrate 11 in the direction of the thin film heater → the core → the heat conducting film, thereby increasing the speed of heating and heat dissipation of the core 13. It is.

さらに、熱伝導用膜18の膜厚を厚く形成して、その熱容量を大きくすることで、より大きな発熱を促進させる(薄膜ヒータの消費電力を上げる)ようになり、コア13の加熱、放熱速度をより高速にすることができる。   Furthermore, by increasing the thickness of the heat conducting film 18 and increasing its heat capacity, greater heat generation is promoted (the power consumption of the thin film heater is increased), and the heating and heat dissipation speed of the core 13 is increased. Can be faster.

このように、本実施の形態の光回路10では、コア13の温度調節を高速に行うことができるので、熱光学効果によるコア13の屈折率制御の高速応答を実現することができる。   As described above, in the optical circuit 10 of the present embodiment, the temperature of the core 13 can be adjusted at high speed, so that a high-speed response of the refractive index control of the core 13 by the thermo-optic effect can be realized.

本実施の形態の光回路10は、コア13の温度を制御して熱光学効果を利用する光回路を含む光学素子に適用することができる。   The optical circuit 10 of the present embodiment can be applied to an optical element including an optical circuit that uses the thermo-optic effect by controlling the temperature of the core 13.

次に、導波路型光可変減衰器について説明する。   Next, the waveguide type optical variable attenuator will be described.

図2は本発明に係る導波路型光可変減衰器の好適な実施の形態を示した平面図であり、図3は図2の3A−3A線断面図である。   FIG. 2 is a plan view showing a preferred embodiment of a waveguide type optical variable attenuator according to the present invention, and FIG. 3 is a sectional view taken along line 3A-3A in FIG.

図2及び図3に示すように、導波路型光可変減衰器20は、基板21と、基板21上に設けられる光導波路22と、その表面に設けられる薄膜ヒータ31及び熱伝導用膜32とを有する。光導波路22は、断面が矩形状のコアと、そのコアを覆うクラッドからなり、例えば図3中では、チャネル導波路28,29はそれぞれコア28a,29aと、クラッド28b,29bとからなる。光導波路22は、入力導波路24と出力導波路25と、それらの間に光カプラ部26,27を介して接続された一対のチャネル導波路28,29とからなるマッハツェンダ型光導波路を構成している。   2 and 3, the waveguide type optical variable attenuator 20 includes a substrate 21, an optical waveguide 22 provided on the substrate 21, a thin film heater 31 and a heat conducting film 32 provided on the surface thereof. Have The optical waveguide 22 is composed of a core having a rectangular cross section and a clad covering the core. For example, in FIG. 3, channel waveguides 28 and 29 are composed of cores 28a and 29a and clads 28b and 29b, respectively. The optical waveguide 22 constitutes a Mach-Zehnder type optical waveguide comprising an input waveguide 24, an output waveguide 25, and a pair of channel waveguides 28 and 29 connected therebetween via optical coupler portions 26 and 27. ing.

基板11及びクラッド14は、純粋石英で形成され、コア13は石英に添加物が添加された石英系材料で形成される。   The substrate 11 and the clad 14 are made of pure quartz, and the core 13 is made of a quartz-based material obtained by adding an additive to quartz.

本実施の形態では、光カプラ部26,27としてY分岐導波路を形成したが、方向性結合器型3dBカプラや多モード干渉型3dBカプラを形成してもよい。   In this embodiment, Y branch waveguides are formed as the optical coupler units 26 and 27, but a directional coupler type 3 dB coupler or a multimode interference type 3 dB coupler may be formed.

さて、導波路型光可変減衰器20は、チャネル導波路28を伝搬する信号光の位相を制御する位相制御部23を上述の光回路10で構成したことに特徴がある。すなわち、位相制御部23として、少なくとも一方のチャネル導波路28が基板21に対して隆起して形成され、そのチャネル導波路28の一側面33aに加熱手段である薄膜ヒータ31が設けられ、他側面34aに熱伝導用膜32が設けられている。   The waveguide type optical variable attenuator 20 is characterized in that the phase control unit 23 that controls the phase of the signal light propagating through the channel waveguide 28 is configured by the optical circuit 10 described above. That is, as the phase control unit 23, at least one channel waveguide 28 is formed so as to protrude from the substrate 21, and a thin film heater 31 as a heating unit is provided on one side surface 33a of the channel waveguide 28, and the other side surface. A heat conducting film 32 is provided on 34a.

具体的には、一対のチャネル導波路28,29の両側にそれぞれ溝33,34,35を形成して、溝の底面に対してチャネル導波路28,29が隆起している構造となっている。両チャネル導波路28,29の両側に溝を形成したのは、両チャネル導波路28,29の構造を等しくして、導波路構造に起因する特性の差を排除するためである。   Specifically, grooves 33, 34, and 35 are formed on both sides of the pair of channel waveguides 28 and 29, respectively, and the channel waveguides 28 and 29 are raised from the bottom surface of the grooves. . The reason why grooves are formed on both sides of both channel waveguides 28 and 29 is to make the structures of both channel waveguides 28 and 29 equal to eliminate the difference in characteristics due to the waveguide structure.

溝33,34,35の長さ(チャネル導波路長手方向)は、いずれも同じ長さに形成され、溝の側壁の傾斜角も等しく形成されている。薄膜ヒータ31と熱伝導用膜32は、同じ形状で形成され、かつチャネル導波路28に対して対称に配置されている。   The lengths of the grooves 33, 34, and 35 (longitudinal direction of the channel waveguide) are all the same length, and the inclination angles of the side walls of the grooves are also equal. The thin film heater 31 and the heat conducting film 32 are formed in the same shape and are arranged symmetrically with respect to the channel waveguide 28.

薄膜ヒータ31及び熱伝導用膜32は、それぞれチャネル導波路28の側面(溝の側壁)33a,34aの他に、チャネル導波路28上面の一部及び溝33、34の底面の一部に掛かって設けられている。ただし、チャネル導波路28の上面の一部において、薄膜ヒータ31及び熱伝導用膜32は、チャネル導波路28のコア28a上方の表面を避けて配置されている。   The thin film heater 31 and the heat conducting film 32 are respectively applied to a part of the upper surface of the channel waveguide 28 and a part of the bottom surface of the grooves 33 and 34 in addition to the side surfaces (side walls of the grooves) 33a and 34a of the channel waveguide 28. Is provided. However, in a part of the upper surface of the channel waveguide 28, the thin film heater 31 and the heat conducting film 32 are disposed so as to avoid the surface of the channel waveguide 28 above the core 28a.

薄膜ヒータ31には通電するための電源(図示せず)が接続されている。チャネル導波路28と薄膜ヒータ31との間隔は、従来の導波路型光可変減衰器におけるヒータとコアの間隔と同程度にしてよい。また、本実施の形態では熱伝導用膜32の膜厚を3μm程度とした。   A power supply (not shown) for energizing is connected to the thin film heater 31. The distance between the channel waveguide 28 and the thin film heater 31 may be approximately the same as the distance between the heater and the core in the conventional waveguide type optical variable attenuator. In the present embodiment, the thickness of the heat conducting film 32 is set to about 3 μm.

熱伝導用膜32としては、クラッドを形成する材料であるSiO2 より熱伝導率が高い材料で形成された膜であればよく、金属膜であることが好ましい。さらに、放熱用膜22は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル及びSiのいずれかで形成された膜であることがより好ましい。 The heat conducting film 32 may be a film formed of a material having a higher thermal conductivity than SiO 2 which is a material for forming the cladding, and is preferably a metal film. Furthermore, the heat dissipation film 22 is more preferably a film formed of any one of gold, silver, copper, aluminum, nickel, and Si.

次に、導波路型光可変減衰器20の製造方法について説明する。   Next, a manufacturing method of the waveguide type optical variable attenuator 20 will be described.

図4(a)に示すように、まず、石英基板21上にコアを形成し、コア28a,29aを覆うクラッド28b,29bを形成して、断面矩形コア埋込型の光導波路28,29を形成する。この光導波路28,29は、慣用の光導波路の製造方法で形成される。このとき形成される光導波路のパターンは、図2に示したマッハツェンダ型光導波路22である。   As shown in FIG. 4A, first, a core is formed on the quartz substrate 21, clads 28b and 29b covering the cores 28a and 29a are formed, and the optical waveguides 28 and 29 having a rectangular core embedded type are formed. Form. The optical waveguides 28 and 29 are formed by a conventional optical waveguide manufacturing method. The pattern of the optical waveguide formed at this time is the Mach-Zehnder type optical waveguide 22 shown in FIG.

図4(b)に示すように、チャネル導波路28,29のコア上方のクラッド表面にエッチングマスク41を設ける。エッチングマスク41を設けた後、チャネル導波路28,29の両側のクラッドをエッチングして溝33,34,35を形成する。このとき、エッチング装置内で基板温度を10℃以下に制御することにより、溝33,34,35の側壁は垂直でなくなり、図中破線のように傾斜して形成される。本実施の形態では、隆起して形成されたチャネル導波路28,29の側面33a,34aの傾斜角度を70〜75°とした。   As shown in FIG. 4B, an etching mask 41 is provided on the cladding surface above the cores of the channel waveguides 28 and 29. After the etching mask 41 is provided, the clads on both sides of the channel waveguides 28 and 29 are etched to form grooves 33, 34 and 35. At this time, by controlling the substrate temperature to 10 ° C. or less in the etching apparatus, the side walls of the grooves 33, 34, and 35 are not vertical, but are inclined as shown by broken lines in the figure. In the present embodiment, the inclined angles of the side surfaces 33a and 34a of the channel waveguides 28 and 29 formed to be raised are set to 70 to 75 °.

図4(c)に示すように、一方のチャネル導波路28の一側面33aに薄膜ヒータ31を形成する。ここで、薄膜ヒータ31の材料を、抵抗値の経時変化が小さく長期信頼性に優れているTa2Nとした。 As shown in FIG. 4C, the thin film heater 31 is formed on one side surface 33 a of one channel waveguide 28. Here, the material of the thin film heater 31 was Ta 2 N, which has a small resistance change with time and excellent long-term reliability.

図4(d)に示すように、一方のチャネル導波路28の他側面34aに、薄膜ヒータ31と熱伝導用膜32がチャネル導波路28に対して対称に配置されるように、熱伝導用膜32を形成して導波路型光可変減衰器20が得られる。   As shown in FIG. 4D, the thin film heater 31 and the heat conducting film 32 are arranged symmetrically with respect to the channel waveguide 28 on the other side surface 34 a of one channel waveguide 28. The film type optical attenuator 20 is obtained by forming the film 32.

次に、本実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of the present embodiment will be described.

導波路型光可変減衰器20によれば、薄膜ヒータ31への印加電圧を変化させることで薄膜ヒータ31の温度を変化させ、その熱光学効果によりチャネル導波路28の屈折率(光路長)を変化させており、ヒータ温度、即ち、印加電圧を調整することにより信号光の減衰量を自在に制御することができる。   According to the waveguide type optical variable attenuator 20, the temperature of the thin film heater 31 is changed by changing the voltage applied to the thin film heater 31, and the refractive index (optical path length) of the channel waveguide 28 is changed by the thermo-optic effect. The attenuation of the signal light can be freely controlled by adjusting the heater temperature, that is, the applied voltage.

本実施の形態の導波路型光可変減衰器20では、位相制御部23として上述の光回路10を構成しているため、コアの加熱、放熱速度を速くすることができる。ひいては、コアの温度変化による屈折率変化速度が速くなり、信号光の減衰量を制御する動作速度を速くすることができる。   In the waveguide type optical variable attenuator 20 of the present embodiment, the above-described optical circuit 10 is configured as the phase control unit 23, so that the heating and heat dissipation rates of the core can be increased. As a result, the refractive index change rate due to the temperature change of the core is increased, and the operation speed for controlling the attenuation amount of the signal light can be increased.

ところで、導波路型光可変減衰器の動作速度を速くするために、コアの上方のクラッドにヒータを設け、コアの下方に熱伝導用膜を設けた導波路型光可変減衰器が考えられる。   By the way, in order to increase the operation speed of the waveguide type optical variable attenuator, a waveguide type optical variable attenuator in which a heater is provided in the clad above the core and a heat conducting film is provided below the core is conceivable.

しかしながら、コアの下方に熱伝導用膜を形成する場合、基板上に熱伝導用膜、アンダークラッド、コア、アッパークラッド、ヒータの順に各層を形成するプロセスとなり、非常に工程数の多い製造方法で製造される。そのため、製造コストが高くなってしまう。   However, when forming a heat conduction film below the core, it is a process of forming each layer in the order of the heat conduction film, underclad, core, upper clad, and heater on the substrate. Manufactured. Therefore, the manufacturing cost is increased.

また、基板とアンダークラッド層の間に熱伝導用膜としてSi膜を形成すると、Si膜のスパッタリングにより基板の反りが大きくなる。この反りをコントロールしたとしても、アンダークラッド層の成膜、または成膜した層のアニールにより反りが発生する可能性がある。   Further, when a Si film is formed as a heat conducting film between the substrate and the under cladding layer, the warpage of the substrate increases due to the sputtering of the Si film. Even if this warpage is controlled, the warp may occur due to the formation of an undercladding layer or annealing of the formed layer.

さらに、アンダークラッドには20〜80μmの膜厚が必要であり、このような厚い膜を形成するためには、成膜及びアニールの工程を数回繰り返す必要がある。そのため、それらの工程を繰り返すたびに、基板の反りが大きくなり、表面の平坦性が悪くなってしまう。   Further, the underclad requires a film thickness of 20 to 80 μm. In order to form such a thick film, it is necessary to repeat the film forming and annealing steps several times. Therefore, each time these steps are repeated, the warpage of the substrate increases and the flatness of the surface becomes worse.

要するに、コアの下方にSi層を形成した導波路型光可変減衰器は、優れた特性が得られず、かつ、製造工程が複雑になってしまう。   In short, the waveguide-type variable optical attenuator in which the Si layer is formed below the core cannot obtain excellent characteristics and the manufacturing process becomes complicated.

これに対して、本実施の形態の導波路型光可変減衰器20は、製造方法で説明したように、従来の導波路型光可変減衰器の製造方法を少しだけ改良した方法で製造することができるので、容易に低コストで製造することができる。また、光可変減衰器20はSiO2 ガラス(石英)基板21を用いて形成されるので膜厚の厚いアンダークラッドを形成する必要がなく、そのためアンダークラッドの形成によって生じる反りが殆どなく、素子表面の平坦性のよい導波路型光可変減衰器を作製することができる。したがって、良好な特性を有する光可変減衰器を得ることができる。 On the other hand, the waveguide-type variable optical attenuator 20 of the present embodiment is manufactured by a slightly improved method of manufacturing the conventional waveguide-type variable optical attenuator as described in the manufacturing method. Therefore, it can be easily manufactured at low cost. In addition, since the optical variable attenuator 20 is formed using the SiO 2 glass (quartz) substrate 21, it is not necessary to form a thick under clad, so that there is almost no warpage caused by the formation of the under clad and the device surface. A waveguide type optical variable attenuator with good flatness can be produced. Therefore, an optical variable attenuator having good characteristics can be obtained.

また、基板21を石英基板とし、かつ基板21上の光導波路22をSiO2 ガラスを用いて形成しているので、基板21と光導波路22は同じ材料ゆえ熱膨張係数が等しい。したがって、熱駆動による減衰器の内部応力を低減させることができ、応力による偏光依存性損失を低減させることができる。 In addition, since the substrate 21 is a quartz substrate and the optical waveguide 22 on the substrate 21 is formed using SiO 2 glass, the substrate 21 and the optical waveguide 22 have the same thermal expansion coefficient because they are the same material. Therefore, the internal stress of the attenuator due to thermal drive can be reduced, and the polarization dependent loss due to the stress can be reduced.

さらに、熱伝導用膜32を、その形状を薄膜ヒータ31と同じく形成し、チャネル導波路28に対して対称に設けることで、薄膜ヒータ31及び熱伝導用膜32の金属膜成膜による光導波路への残留応力を小さくしている。したがって、信号光の偏光依存損失を小さくすることができる。   Further, the heat conducting film 32 is formed in the same shape as the thin film heater 31 and provided symmetrically with respect to the channel waveguide 28, whereby an optical waveguide formed by forming a metal film of the thin film heater 31 and the heat conducting film 32. Residual stress is reduced. Therefore, the polarization dependent loss of the signal light can be reduced.

本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されない。   The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment.

本実施の形態では、側壁を傾斜させて溝33,34を形成し、その傾斜面33a,34aにヒータ31及び熱伝導用膜32を設けたが、側壁が基板に垂直である溝を形成し、その側壁に沿ってヒータ及び熱伝導用膜を設けてもよい。この場合、薄膜ヒータと熱伝導用膜とがチャネル導波路を挟んで略平行に設けられることになる。   In the present embodiment, the side walls are inclined to form the grooves 33 and 34, and the inclined surfaces 33a and 34a are provided with the heater 31 and the heat conducting film 32. However, the side walls are perpendicular to the substrate. A heater and a heat conducting film may be provided along the side wall. In this case, the thin film heater and the heat conducting film are provided substantially in parallel with the channel waveguide interposed therebetween.

本実施の形態では、図3に示したように溝の側壁33a,34aを傾斜面とすることで、溝の側壁を垂直面とするよりも、薄膜の形成やパターニングを容易にして、薄膜ヒータ31及び熱伝導用膜32とするスパッタ膜の均一性の良化、及びフォトリソグラフィによるパターニングの安定化等を図っている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the side walls 33a and 34a of the grooves are inclined surfaces, thereby facilitating the formation and patterning of the thin film as compared with the case where the side walls of the grooves are vertical surfaces. The uniformity of the sputtered film 31 and the heat conducting film 32 is improved, and the patterning is stabilized by photolithography.

また、本実施の形態の導波路型光可変減衰器20では、石英基板21上にコア13を形成したが、石英基板21の上層に下部クラッド層を形成し、下部クラッド層の上層にコア13を形成してもよい。   Further, in the waveguide type optical variable attenuator 20 of the present embodiment, the core 13 is formed on the quartz substrate 21, but the lower cladding layer is formed on the upper layer of the quartz substrate 21, and the core 13 is formed on the upper layer of the lower cladding layer. May be formed.

本発明の好適な一実施形態に係る光回路の断面図である。1 is a cross-sectional view of an optical circuit according to a preferred embodiment of the present invention. 本発明の好適な一実施形態に係る導波路型光可変減衰器の平面図である。1 is a plan view of a waveguide type optical variable attenuator according to a preferred embodiment of the present invention. 図2の3A−3A線断面図である。It is the 3A-3A sectional view taken on the line of FIG. 図4(a)〜図4(d)は、図2の導波路型光可変減衰器の製造方法を説明する断面図である。4A to 4D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the waveguide type optical variable attenuator shown in FIG. 図3の導波路型光可変減衰器の熱伝導を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the heat conduction of the waveguide type optical variable attenuator of FIG. 従来の導波路型光可変減衰器を示す平面図である。It is a top view which shows the conventional waveguide type optical variable attenuator. 従来の導波路型光可変減衰器の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of the conventional waveguide type optical variable attenuator. 図6の8A−8A線断面図である。It is the 8A-8A sectional view taken on the line of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 光回路
11 基板
12 光導波路
13 コア
14 クラッド
17 加熱手段
18 熱伝導用膜
20 導波路型光可変減衰器
22 マッハツェンダ型光導波路
23 位相制御部
24 入力導波路
25 出力導波路
26,27 光カプラ部
28,29 チャネル導波路
31 薄膜ヒータ
32 熱伝導用膜
33,34,35 溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical circuit 11 Board | substrate 12 Optical waveguide 13 Core 14 Clad 17 Heating means 18 Thermal conduction film | membrane 20 Waveguide-type variable optical attenuator 22 Mach-Zehnder type optical waveguide 23 Phase control part 24 Input waveguide 25 Output waveguide 26, 27 Optical coupler Portion 28, 29 Channel waveguide 31 Thin film heater 32 Heat conduction film 33, 34, 35 Groove

Claims (6)

石英基板上に、コアと、コアの周囲を覆うクラッドとからなる光導波路を形成し、その光導波路の表面に加熱手段を設けた光回路において、
上記光導波路は、基板または基板上に形成される下部クラッド層に対して隆起して形成され、その光導波路の一側面に加熱手段を設け、他側面に熱伝導用膜を設けたことを特徴とする光回路。
In an optical circuit in which an optical waveguide composed of a core and a clad covering the periphery of the core is formed on a quartz substrate, and a heating means is provided on the surface of the optical waveguide.
The optical waveguide is formed to protrude from a substrate or a lower clad layer formed on the substrate, a heating means is provided on one side of the optical waveguide, and a heat conducting film is provided on the other side. An optical circuit.
上記光導波路の一側面或いは両側面が傾斜している請求項1記載の光回路。   The optical circuit according to claim 1, wherein one side surface or both side surfaces of the optical waveguide are inclined. 上記熱伝導用膜は、金、銀、銅、アルミニウム、シリコン、ニッケルのいずれかで形成される請求項1または2記載の光回路。   3. The optical circuit according to claim 1, wherein the heat conducting film is formed of any one of gold, silver, copper, aluminum, silicon, and nickel. 石英基板上に、入力導波路と出力導波路間に一対のチャネル導波路を有するマッハツェンダ型光導波路を形成し、一方のチャネル導波路上方に薄膜ヒータを設け、その薄膜ヒータに通電して信号光を減衰させる導波路型光可変減衰器において、
一方或いは両方のチャネル導波路が基板に対して隆起して形成され、そのチャネル導波路の一側面にヒータを設け、その他側面に熱伝導用膜を設けたことを特徴とする導波路型光可変減衰器。
On the quartz substrate, a Mach-Zehnder type optical waveguide having a pair of channel waveguides is formed between the input waveguide and the output waveguide. In a waveguide type optical variable attenuator that attenuates
One or both channel waveguides are formed so as to protrude from the substrate, a heater is provided on one side of the channel waveguide, and a heat conducting film is provided on the other side. Attenuator.
上記チャネル導波路の一側面或いは両側面が傾斜している請求項4記載の導波路型光可変減衰器。   5. The waveguide type optical variable attenuator according to claim 4, wherein one side surface or both side surfaces of the channel waveguide are inclined. 上記熱伝導用膜は、金、銀、銅、アルミニウム、シリコン、ニッケルのいずれかで形成される請求項4または5記載の導波路型光可変減衰器。

6. The waveguide type optical variable attenuator according to claim 4, wherein the heat conducting film is formed of gold, silver, copper, aluminum, silicon, or nickel.

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