JP2006515435A - 加熱用光素子 - Google Patents

Abstract

【解決手段】２、３の例として挙げれば、１つの熱光学装置が、１つのヒータを用いて、１つの光スイッチ、１つのマッハ‐ツェンダ干渉計、あるいは、１つの可変光減衰器などの１つの光素子の調整を行うことが可能となる。実施形態によっては、光芯材とクラッド材とを１つの基板上に含む１つのクラッドコアを画定し、１つのヒータの３つの側部に上記クラッドコアをカバーすることにより、加熱効率と電力効率とに起因して生じる複数の偏光依存損失の改善が可能となるものもありうる。

Description

本発明は一般に複数の光信号を伝える複数の光ネットワークに関する。

複数の光ネットワークは波長分割多重化を利用することが可能であり、それによって、それぞれが異なる１つの波長からなる複数のチャネルを同じケーブルを介して多重化することが可能となる。この多重化された複数のチャネルのうちのいずれか１つのチャネル用の１つの所望の成端点において、１つの光アド／ドロップマルチプレクサによって、複数の多重化された光チャネルから所定の波長の光を取り出すことが可能となる。同様に、１つの光アド／ドロップマルチプレクサによって所定の波長の１つの光チャネルを上記ネットワークに追加することが可能となる。

１つの光アド／ドロップマルチプレクサを形成する１つの技法としてマッハ‐ツェンダ構成を用いる技法がある。マッハ‐ツェンダ干渉計は２つの離間して配置された複数のアームを備えたものであってもよく、これらアームのうちの少なくとも一方のアームはヒータを用いて調整することができる。１つの電気ヒータを用いて１つのアームを加熱することにより、マッハ‐ツェンダ干渉計は２つのアームのうちの一方のアームの屈折率を変えることによって１つのマッハ‐ツェンダー干渉計の調整を行うことができる。

しかし、調整を目的として１つのマッハ‐ツェンダ干渉計を使用する場合、現行の複数のヒータでは比較的大きな消費電力が必要となる。これら複数の素子は比較的高い偏光依存損失を示す場合がある。

偏光依存損失とは複数の種々のネットワーク光学素子が被る複数の損失であり、これらの損失は、当該複数のネットワーク光学素子とリアルタイムで通信している光偏光状態によって偶発的に生じる。１つのネットワークコンポーネントが、光の偏光状態に応じて選択的に光を減衰させ、伝播信号強度をランダムに変化させることがある。

複数の偏光依存損失を示す複数の熱光素子の複数の例には、複数の光スイッチ、複数のスプリッタおよび複数の可変光減衰器が含まれる。１つの可変光減衰器として、印加された減衰を変化させて、例えば１つの送信機や増幅器の経時変化に対する補正を図ったり、１つのネットワークの複数の作動条件に応じたりする１つの素子が存在する。１つのスプリッタとして、光を分割して、複数の異なるチャネルに変える１つの素子が存在する。複数の光スイッチは、複数の電光（electro-optical）変換または複数の光電変換（ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）を行うことなく１つの光信号の経路選定を行う。複数の熱光素子は一般に外部電力の印加を必要とする。したがって、複数の熱光素子を加熱するより良好な複数の方法に対する１つの要望が存在する。

図１を参照すると、１つの熱光学装置１０は１つのマッハ‐ツェンダ干渉計の形をとるものであってもよい。複数の別の熱光学装置１０が複数の可変光減衰器、複数のスプリッタおよび複数の光スイッチを備える。１つのマッハ‐ツェンダ熱光素子について考える一例を続いて示すが、本発明は、いずれかの特定タイプの熱光学装置に限定されるものではない。

１つの実施形態では、上記干渉計は、１つの基板２６内で複数の集積回路処理技術を用いて形成される１つのプレーナ光回路として実現可能である。１つの実施形態では、これら複数の種々のコンポーネントは、基板２６上に形成される複数の組み込まれた導波管として形成してもよい。

一対のブラッググレーティング１２ａと１２ｂとを基板２６上に形成してもよい。１つの実施形態では、１つのプレーナ型導波路である１つの基板２６上に、これら複数のグレーティングを形成してもよい。熱光学装置１０は一対の３デシベル（ｄＢ）（５０−５０％カプリング）カプラ１４ａと１４ｂも備える。入力カプラ１４ａは、光の１または２以上の複数の入力波長を受け取る１つの入力ポート１６と結合される。カプラ１４ａは１つのポート１８とも結合される。第２のカプラ１４ｂは１つのポート２０および１つのエクスプレスポート（express port）２２と結合され、１つの渡された波長が出力される。個々のカプラ１４は、図１に図示のように１つのバー側部および１つのクロスバー側部を備える。

個々のグレーティング１２は、本発明のいくつかの実施形態に基づいてマッハ‐ツェンダ干渉計またはマイケルソン干渉計の２つのアームのうち一方のアームを構成する。これら複数のブラッググレーティング１２に対してブラッグマッチされた複数の入力光は、これら複数のマッハ‐ツェンダアームに沿って逆方向に伝播し、第１のカプラ１４ａにおいて互いに干渉する。複数の反射光における双方の光路のバランスがとられるとすぐに、関心対象の波長範囲にわたってこれら複数のすべての光位相マッチが行われる、すべての光エネルギが、バーパス（bar path）へ戻るエネルギをほとんど伴うことなく第１のカプラ１４ａのクロスパス（cross path）の中へ転送される。

第１のカプラ１４ａのクロスパスはドロップ波長ポート１８になり、このドロップ波長ポート１８で、これら複数のブラッググレーティング１２のブラッグ波長での複数の信号は複数の別のチャネルからフィルタアウトされる。ブラッグ波長以外の複数の波長での複数の信号はこれら複数のブラッググレーティングの中を透過し、第２のカプラ１４ｂでマージを行う。

関心対象の波長範囲のすべての複数の透過光は、１つのバランスのとれたマッハ‐ツェンダ干渉計を用いて位相マッチされる。バーパスへの漏出をほとんど伴うことなく、すべてのエネルギが第２のカプラ１４ｂのクロスパスの中へ転送される。この結果、カプラ１４ｂのクロスパスはパス波長ポート２２になる。このパス波長ポート２２を介してブラッググレーティング反射帯域の外側の複数の信号が伝送される。

第２のカプラ１４ｂのバーパスを１つの追加ポートとして用いてもよい。この追加ポートの中へ上記ブラッグ波長を運ぶ複数の信号が発射される。これら複数の追加信号は、複数のブラッググレーティング１２によって反射され、第２のカプラ１４ｂのクロスパスの中を通って運ばれ、次いで、互いに干渉することなくパス波長ポート２２において複数のパス信号に加わる。

光アド／ドロップマルチプレクサは、マッハ‐ツェンダ干渉計を用いるものであってもよい。１つの実施形態では、個々のグレーティング１２と関連づけられる複数のヒータ２４を用いてこれら複数のブラッググレーティング１２の双方を加熱することによりこのマッハ‐ツェンダ干渉計の調整を行うことができる。このような加熱を用いて最初にマッハ‐ツェンダ干渉計を調整してもよい。加熱の結果、熱光学装置１０を制御可能に操作することが可能となる。したがって、本発明の１つの実施形態では、ヒータ２４は、個々のグレーティング１２の複数の上面を取り囲むことになる。

図２に図示のように本発明の１つの実施形態では、１つの可変光減衰器１０ａと関連して、１つのアーム２３は１つのヒータ２４を備えたものであってもよい。

図３を参照すると、グレーティング１２ａは、基板２６内の１つの領域３８内に画定されるものであってもよい。図１の実施形態では、グレーティング１２ｂの中を通る１つの断面は図３と同じものとなる。基板２６は、１つのシリコン基板３０、基板３０にわたる１つのＳｉ０_２層２６、頂部にわたる１つのリン酸ホウ素シリコンガラス層３４を含むものであってもよい。下の層３２と３４とを貫通して基板３０まで１つのトレンチ３６が形成される。トレンチ３６内で、グレーティング１２ａに対応し、信号を運ぶ１つのコア１２ａが領域内のリン酸ホウ素ガラス層３４内に形成される。

トレンチ３６内の層３４と３２の複数の部分にわたって金属抵抗ヒータ２４を形成してもよい。

このようにグレーティング１２ａをその頂部と複数の側部とから加熱することが可能となる。

グレーティング１２ａを下方から効果的に加熱することも可能となる。というのは、ヒータ２４が、グレーティング１２ａの下に在る基板３０と接触し、この基板３０も加熱することになるからである。

トレンチ３６内でグレーティング１２ａの加熱を可能にすることにより、ヒータからの熱が主として上記コア１２ａへ向かって流れるように無用のクラッド材を取り除くことによって消費電力量の低減が可能となる。また、同じ目的のために複数の１／４波長光路差マッハ‐ツェンダ干渉計の利用も可能である。

本発明の別の実施形態に従って、図４を参照すると、この構造は本発明の１つの実施形態に準拠する１つの光スイッチ２６ａの１つのコア３８を表わすものであってもよい。このようなケースでは複数のブラッググレーティング１２を使用しない場合もある。

実施形態によっては複数の偏光依存損失と複数の熱光学装置の消費電力量とが低減するものもある。上記効果に関連する１つの可能な説明として、従来型の複数の素子の場合、グレーティング１２やコア３８を上方からのみ加熱するということが挙げられる。このことによって、ヒータの複数の熱膨張係数およびリン酸ホウ素シリコンガラスなどのクラッド材の熱膨張係数の１つのミスマッチが結果として生じる場合がある。このミスマッチによってヒータ／クラッディングの境界面において複数の機械的応力が生成される場合がある。この誘起された機械的応力が１つの側部、すなわち上面にのみ生じる可能性があるため、応力による光学的効果に起因して生じるコアの誘起された屈折率は主として応力方向における屈折率となり、誘起複屈折を生じさせる原因となる。この誘起複屈折は最終的に偏光依存損失として生じることになる。

これらの誘起された複数の偏光依存損失は周りを取り囲むヒータ構成を使用することにより減らすことが可能である。ヒータ２４が３つの側部でグレーティング１２ａや１２ｂあるいはコア３８を取り囲んでいることに起因して、ヒータとシリコン基板との複数のさらに大きな熱膨張係数により誘起された応力は立方対称性を有することが可能となる。というのは、より高い温度の複数の熱膨張材料が複数のすべての４つの側部上で上記コアを取り囲んでいるからである。複数の一意の応力主軸が存在しない場合もあり、したがって、複屈折が低下することになる場合がある。この結果、消費電力量および複数の位相依存損失を減らすことが可能となる。

複数の限られた数の実施形態と関連して本発明について説明したが、当業者であればこれらの実施形態から多数の修正例および変更例を得ることができることを理解するであろう。これら複数の添付の請求項は、本発明の真の精神と範囲内に属するものとして、すべての複数のこのような修正例と複数の変更例とをカバーすることを意図するものである。

本発明の１つの実施形態の概略描写である。 本発明の別の実施形態の概略描写である。 図１または２のライン３−３に沿って切りとられた１つの拡大断面図である。 本発明の別の実施形態を通じて採られた１つの拡大断面図である。

Claims (27)

1. １つの方法であって、
   １つの基板にわたって１つのクラッディング内に埋め込まれた１つのコアを用いて１つの光素子を形成するステップと、
   前記コアを取り囲む前記クラッディングの一部を取り除いて、１つのトレンチを形成し、それによって前記トレンチ内に形成される１つのクラッドコアを画定するステップと、
   前記クラッドコアの前記複数の側部と１つの頂部とをカバーする前記クラッドコアにわたって１つのヒータを形成するステップと、を備える方法。
2. １つの基板と、１つの熱絶縁層と、前記熱絶縁層にわたって形成された１つのガラス層とを含む１つのプレーナ光回路を形成するステップと、前記熱絶縁層と前記ガラス層とを貫通して下部の前記基板まで１つのトレンチを形成するステップと、前記トレンチ内に画定された１つのクラッドコアを残すステップと、を備え、前記クラッドコアが、前記熱絶縁層にわたって前記ガラス層内に埋め込まれた１つのコアを含む請求項１に記載の方法。
3. １つの頂面と一対の対向する側面とを備えた前記クラッドコアを形成するステップと、前記１つの頂部と前記複数の側面との上に前記ヒータを画定するステップと、を含む請求項２に記載の方法。
4. 前記基板と接触するように下部に前記ヒータを形成するステップを含む請求項３に記載の方法。
5. マッハ‐ツェンダ干渉計を形成するステップを含む請求項１に記載の方法。
6. １つの調整済みのマッハ‐ツェンダ干渉計を形成するステップを含む請求項１に記載の方法。
7. １つのスプリッタを形成するステップを含む請求項１に記載の方法。
8. １つの光スイッチを形成するステップを含む請求項１に記載の方法。
9. １つの可変光減衰器を形成するステップを含む請求項１に記載の方法。
10. 少なくとも３つの側部から前記コアを加熱することにより複数の偏光依存損失を減らすステップを含む請求項１に記載の方法。
11. １つのヒータを備えた少なくとも３つの側部に被膜された１つのブラッググレーティングを形成するステップを含む請求項１に記載の方法。
12. １つの加熱される光素子であって、前記コアにわたって１つのコアと１つのＵ字型ヒータとを備えた光素子。
13. １つの加熱されるブラッググレーティングを備えた請求項１２に記載の素子。
14. 前記素子が１つの光スイッチである請求項１２に記載の素子。
15. 前記素子が１つの可変光減衰器である請求項１２に記載の素子。
16. 前記素子が１つのスプリッタである請求項１２に記載の素子。
17. １つの基板と、前記基板にわたる１つのクラッディングと、前記コアの２つの側部上の前記クラッディングを貫通する１つのトレンチと、を備えた請求項１２に記載の素子。
18. 前記コアにわたる前記クラッディングが１つの頂部と２つの対向する側部とを備え、前記ヒータが前記頂部と前記複数の側部とにわたって存在する請求項１７に記載の素子。
19. 前記ヒータが前記基板と接触する請求項１８に記載の素子。
20. １つの光素子であって、１つの頂部と１つの側部とを有する１つのコアと、前記コアの頂部を加熱する１つの第１のヒータ部と、前記コアの側部を加熱する１つの第２のヒータ部と、を備えた光素子。
21. 前記素子が１つのマッハ‐ツェンダ干渉計である請求項２０に記載の素子。
22. 前記素子が１つのスプリッタである請求項２０に記載の素子。
23. 前記素子が１つの光スイッチである請求項２０に記載の素子。
24. 前記素子が１つの可変光減衰器である請求項２０に記載の素子。
25. １つの基板と、前記基板にわたる１つのクラッディングと、前記コアの２つの側部にわたる前記クラッディングを貫通する１つのトレンチと、を備えた請求項２０に記載の素子。
26. 前記コアにわたる前記クラッディングが１つの頂部と２つの対向する側部とを備え、前記ヒータが前記頂部と前記複数の側部とにわたって存在する請求項２４に記載の素子。
27. 前記ヒータが前記基板と接触する請求項２５に記載の素子。
    

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