JP2012103505A - Ganged thermo-optic phase shifter and optical interference circuit using the same - Google Patents

Ganged thermo-optic phase shifter and optical interference circuit using the same Download PDF

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Yasuaki Hashizume
泰彰 橋詰
Mikitaka Itou
幹隆 井藤
Toshimi Kominato
俊海 小湊
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized ganged thermo-optic phase shifter having suppressed heat interference and to provide an optical interference circuit using the same.SOLUTION: A ganged thermo-optic phase shifter comprises: a Mach-Zehnder interferometer comprising two directional couplers 102a and 102b and an arm waveguide 103 connecting them; a phase shifter comprising double cores, thin film heaters 111 installed on the arm waveguide 103, and wiring 112 for supplying power to the heaters 111; and heat insulating grooves 121 formed on both sides of the arm waveguide 103. The double cores and the thin film heaters above them are not aligned along the arm waveguide 103 (in a vertical direction of the paper surface in Figure 1) and are disposed to be shifted from each other so that the double cores and the thin film heaters do not overlap with each other when being translated in a direction perpendicular to a lengthwise direction of the arm waveguide 103. It is important that an amount of shift between the adjacent double cores and thin film heaters 111 is equal to or longer than a length of the thin film heaters 111.

Description

本発明は多連熱光学位相シフタおよびそれを用いた光干渉回路であり、より詳細には、熱光学効果を利用した多連熱光学位相シフタおよびそれを用いた光干渉回路に関する。   The present invention relates to a multiple thermo-optical phase shifter and an optical interference circuit using the same, and more particularly to a multiple thermo-optical phase shifter using a thermo-optic effect and an optical interference circuit using the same.

現在、通信容量の拡大のために複数の光波長を用いた光波長多重通信システム(WDMシステム)の開発が盛んである。この光波長多重通信システムにおいて、多重化する個々の光波長の光強度ばらつきを抑制するための可変光減衰器は重要な光部品である。   At present, development of an optical wavelength division multiplexing communication system (WDM system) using a plurality of optical wavelengths is actively performed in order to expand communication capacity. In this optical wavelength division multiplexing communication system, a variable optical attenuator for suppressing variations in light intensity of individual optical wavelengths to be multiplexed is an important optical component.

図14に、従来から広く用いられている、光導波路を用いたマッハツェンダ干渉計型の可変光減衰器の一例を示す。これは、2つの方向性結合器602a、602bとそれらを連結するアーム導波路603とからなるマッハツェンダ干渉計から構成されており、アーム導波路603の上方には光導波路を加熱するための薄膜ヒータ611が装荷されている。薄膜ヒータ611に電流を流すことによって、アーム導波路603が加熱されて、そのアーム導波路603を伝搬する光信号の位相を変化させることによって、マッハツェンダ干渉計から出力される光信号強度を可変できる。   FIG. 14 shows an example of a Mach-Zehnder interferometer type variable optical attenuator using an optical waveguide that has been widely used. This is composed of a Mach-Zehnder interferometer comprising two directional couplers 602a and 602b and an arm waveguide 603 connecting them, and a thin film heater for heating the optical waveguide above the arm waveguide 603. 611 is loaded. By passing a current through the thin film heater 611, the arm waveguide 603 is heated, and the optical signal intensity output from the Mach-Zehnder interferometer can be varied by changing the phase of the optical signal propagating through the arm waveguide 603. .

このようなデバイスに用いられる光導波路の作製方法としては、図15に示す通り、次のようなものがある。   As a method for manufacturing an optical waveguide used in such a device, as shown in FIG.

シリコン基板701上に火炎堆積法(FHD)を用いて、SiO2-を主体とした下部クラッド層702、そして、SiO2にGeO2を添加したコア層703を堆積する。そして、高温透明化を行なった後、コア層703に対して反応性イオンエッチング(RIE)を用いてコアパターンを形成し、再び火炎堆積法を用いて、SiO2を主体とした上部クラッド層704を堆積して高温透明化を行い、埋め込み型光導波路を作製する。 Flame hydrolysis deposition on the silicon substrate 701 using (FHD), lower cladding layer 702 was SiO 2-mainly, and, depositing a core layer 703 with the addition of GeO 2 in SiO 2. Then, after performing high temperature transparency, a core pattern is formed on the core layer 703 using reactive ion etching (RIE), and the upper cladding layer 704 mainly composed of SiO 2 is formed again using a flame deposition method. The buried optical waveguide is fabricated by depositing and transparentizing at a high temperature.

Kei Watanabe, Yasuaki Hashizume, Yusuke Nasu, Masaki Kohtoku, Mikitaka Itoh, and Yasuyuki Inoue, 「Ultralow power consumption silica-based PLC-VOA/Switch」,JLT, Vol.26 No. 14, July 15, 2008Kei Watanabe, Yasuaki Hashizume, Yusuke Nasu, Masaki Kohtoku, Mikitaka Itoh, and Yasuyuki Inoue, `` Ultralow power consumption silica-based PLC-VOA / Switch '', JLT, Vol.26 No. 14, July 15, 2008 Takuo Tanemura and Yoshiaki Nakano, 「Design and scalability analysis of optical phased-array 1 x N switch on planar lightwave circuit」, IEICE Electronics Express, Vol. 5, No. 16, pp. 603-609Takuo Tanemura and Yoshiaki Nakano, "Design and scalability analysis of optical phased-array 1 x N switch on planar lightwave circuit", IEICE Electronics Express, Vol. 5, No. 16, pp. 603-609 Hiroyuki Tsuda, Mitsuhiro Yasumoto, Jiro Ito, Dwight Ritums, Jeff Dawley,David Kudzuma, Yuki Tanaka, and Keiichi Nashimoto, 「15 ns, high-speed wavelength tuning over 16 nm using electrically controllable PLZT arrayed waveguide grating」, OSA/NFOEC 2007, PDP47Hiroyuki Tsuda, Mitsuhiro Yasumoto, Jiro Ito, Dwight Ritums, Jeff Dawley, David Kudzuma, Yuki Tanaka, and Keiichi Nashimoto, "15 ns, high-speed wavelength tuning over 16 nm using electrically controllable PLZT arrayed waveguide grating", OSA / NFOEC 2007 , PDP47

しかしながら、この従来のマッハツェンダ干渉計型の可変光減衰器では、以下のような課題があった。   However, this conventional Mach-Zehnder interferometer type variable optical attenuator has the following problems.

図14に示すような従来の可変減衰器は、2本のアーム導波路のうち一方のアーム導波路のみを加熱することによって、2本のアーム導波路を伝搬する光信号の位相差が変化し減衰器として機能する。しかし、2本のアーム導波路の間隔が非常に狭い場合には、熱干渉が発生し、一方のアーム導波路を加熱するための熱が、もう一方のアーム導波路も加熱してしまい、消費電力の増大を招く。さらには、本可変減衰器を多数並列に並べた場合には、隣接する可変減衰器に対して熱干渉による温度むらを与えてしまい、設定減衰量の変化を引き起こしていた。   The conventional variable attenuator as shown in FIG. 14 changes the phase difference of the optical signal propagating through the two arm waveguides by heating only one of the two arm waveguides. Functions as an attenuator. However, when the distance between the two arm waveguides is very narrow, thermal interference occurs, and the heat for heating one arm waveguide also heats the other arm waveguide, resulting in consumption. Increases power. Further, when a large number of the variable attenuators are arranged in parallel, temperature fluctuation due to thermal interference is given to the adjacent variable attenuators, causing a change in the set attenuation amount.

この課題解決のために熱光学効果を用いた光回路が開発されていたが、平行するアーム導波路を十分離して設計する必要がありサイズ的なデメリットが生じていた。(非特許文献1参照)
一方で、本可変減衰器に用いているような熱光学位相シフタは、図14に示すような可変減衰器に限らず、図16に示す多ポート光スイッチ(非特許文献2参照)や図17に示す可変波長フィルタ(非特許文献3参照)などへの応用が期待される。ここで、可変フィルタの引用文献においては、位相シフタとして電気光学効果を用いたものを使用しているが、熱光学効果を用いても同様な可変波長フィルタが実現できる。
In order to solve this problem, an optical circuit using a thermo-optic effect has been developed. However, it is necessary to design the arm waveguides in parallel to be separated from each other, resulting in a size disadvantage. (See Non-Patent Document 1)
On the other hand, the thermo-optic phase shifter used in the present variable attenuator is not limited to the variable attenuator as shown in FIG. 14, but the multi-port optical switch shown in FIG. 16 (see Non-Patent Document 2) or FIG. Application to the variable wavelength filter (see Non-Patent Document 3) shown in FIG. Here, in the cited reference of the variable filter, a phase shifter using the electro-optic effect is used, but a similar variable wavelength filter can be realized even using the thermo-optic effect.

しかしながら、前述の図16、17に示すような2つの回路においても、熱光学位相シフタを高密度に配置する必要があるが、従来技術では熱干渉により隣接する光導波路へ位相誤差を与えるため適用が困難であった。加えて、複数の位相シフタが必要であることから消費電力の観点でも熱光学位相シフタの適用は困難であった。   However, in the two circuits as shown in FIGS. 16 and 17, it is necessary to arrange the thermo-optic phase shifters at a high density. However, the conventional technique is applied to give a phase error to the adjacent optical waveguide due to thermal interference. It was difficult. In addition, since a plurality of phase shifters are required, it is difficult to apply the thermo-optic phase shifter from the viewpoint of power consumption.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、隣接する光導波路間の熱干渉を抑制した小型な多連熱光学位相シフタおよびそれを用いた光干渉回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to provide a compact multiple thermo-optical phase shifter that suppresses thermal interference between adjacent optical waveguides and an optical interference circuit using the same. Is to provide.

上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、2以上の平行に配置された光導波路上に薄膜ヒータがそれぞれ配置された多連熱光学位相シフタであって、前記薄膜ヒータ近傍の前記光導波路の第1の領域は、前記光導波路の前記第1の領域以外の第2の領域よりも熱光学係数が大きく、少なくとも隣り合う前記光導波路の第1の領域及び前記薄膜ヒータは、前記長手方向に対して垂直な位置において重ならないように配置されたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is a multiple thermo-optical phase shifter in which thin film heaters are respectively disposed on two or more parallel optical waveguides, and the thin film heater The first region of the optical waveguide in the vicinity has a larger thermo-optic coefficient than the second region other than the first region of the optical waveguide, and at least the first region of the adjacent optical waveguide and the thin film heater Are arranged so as not to overlap at a position perpendicular to the longitudinal direction.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の多連熱光学位相シフタにおいて、前記第1の領域が、第1のコア層と第2のコア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路であり、前記第2のコア層が前記第1のコア層よりも熱光学係数が大きく、前記第2の領域が、前記第1のコア層と同じ熱光学係数の第3のコア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路であり、スポットサイズ変換器を介して前記第1の領域と前記第2の領域とが接続されたことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the multiple thermooptic phase shifter according to the first aspect of the present invention, the first region is a buried type optical system including a first core layer, a second core layer, and a cladding layer. A third core layer having the same thermo-optic coefficient as the first core layer, wherein the second core layer has a larger thermo-optic coefficient than the first core layer. A buried optical waveguide comprising a clad layer, wherein the first region and the second region are connected via a spot size converter.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の多連熱光学位相シフタにおいて、前記第1及び第2の領域が、コア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路であり、前記第1の領域は、前記コア層よりも熱光学係数の大きな材料が充填された複数の溝が前記コア層に形成されていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the multiple thermooptic phase shifter according to the first aspect, the first and second regions are embedded optical waveguides comprising a core layer and a cladding layer, and the first The region 1 is characterized in that a plurality of grooves filled with a material having a larger thermo-optic coefficient than the core layer are formed in the core layer.

請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の多連熱光学位相シフタにおいて、前記第1の領域が、第1のコア層と第1のクラッド層と前記第1のクラッド層よりも屈折率の低い第2のクラッド層とからなる埋め込み型リブ光導波路であり、前記第2の領域が、前記第1のクラッド層と同じ屈折率の第2のコア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the multiple thermo-optical phase shifter according to the first aspect, the first region is more than the first core layer, the first cladding layer, and the first cladding layer. A buried rib optical waveguide comprising a second clad layer having a low refractive index, wherein the second region comprises a second core layer and a clad layer having the same refractive index as that of the first clad layer. It is a type optical waveguide.

請求項5に記載の発明は、第1及び第2の3dB結合器を有する可変光減衰器であって、前記第1及び第2の3dB結合器は、請求項1〜4に記載の多連熱光学位相シフタで連結されたことを特徴とする。   A fifth aspect of the present invention is a variable optical attenuator having first and second 3 dB couplers, wherein the first and second 3 dB couplers are multiple units according to any one of the first to fourth aspects. They are connected by a thermo-optic phase shifter.

請求項6に記載の発明は、1入力N出力の第1のスラブ導波路とN入力M出力の第2のスラブ導波路を有する1×M光スイッチであって、前記第1のスラブ導波路と前記第2のスラブ導波路とは、光路長が同じN本の光導波路を有する請求項1〜4の多連熱光学位相シフタで連結されたことを特徴とする。   The invention described in claim 6 is a 1 × M optical switch having a first slab waveguide with one input and N outputs and a second slab waveguide with N inputs and M outputs, wherein the first slab waveguide And the second slab waveguide are connected by the multiple thermo-optical phase shifter according to claim 1 having N optical waveguides having the same optical path length.

請求項7に記載の発明は、1入力N出力の第1のスラブ導波路とN入力M出力の第2のスラブ導波路を有する可変波長フィルタであって、前記第1のスラブ導波路と前記第2のスラブ導波路とは、光路長が異なるN本の光導波路を有する請求項1〜4の多連熱光学位相シフタで連結されたことを特徴とする。   The invention according to claim 7 is a tunable wavelength filter having a first slab waveguide with 1 input and N outputs and a second slab waveguide with N inputs and M outputs, the first slab waveguide and the The second slab waveguide is characterized by being connected by the multiple thermo-optic phase shifter according to claim 1 having N optical waveguides having different optical path lengths.

本発明は、小型の多連熱光学位相シフタおよびそれを用いた光干渉回路において、隣接する光導波路間の熱干渉を抑制する効果を奏する。   The present invention has an effect of suppressing thermal interference between adjacent optical waveguides in a small multiple thermo-optic phase shifter and an optical interference circuit using the same.

本発明の第1の実施形態に係る可変光減衰器アレイの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the variable optical attenuator array which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1の領域Aの斜視図を示す図である。It is a figure which shows the perspective view of the area | region A of FIG. 第1の実施形態の二重コア部分の上面図を示すThe top view of the double core part of 1st Embodiment is shown (A)は、従来の可変光減衰器の多連位相シフタの斜視図を示す図であり、(B)は、第1の実施形態における可変光減衰器の多連位相シフタの斜視図を示す図である。(A) is a figure which shows the perspective view of the multiple phase shifter of the conventional variable optical attenuator, (B) shows the perspective view of the multiple phase shifter of the variable optical attenuator in 1st Embodiment. FIG. 本発明の第2の実施形態に係る1×5多ポート光スイッチの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the 1 * 5 multiport optical switch which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図5の領域Bの3本のアーム導波路の斜視図を示す図である。It is a figure which shows the perspective view of the three arm waveguides of the area | region B of FIG. 本発明の第3の実施形態に係る可変波長フィルタの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the variable wavelength filter which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る可変光減衰器アレイの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the variable optical attenuator array which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 薄膜ヒータ111および溝122の上面図を示す図である。It is a figure which shows the upper side figure of the thin film heater 111 and the groove | channel 122. FIG. 本発明の第5の実施形態に係る1×5多ポート光スイッチの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the 1 * 5 multiport optical switch which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る可変波長フィルタの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the variable wavelength filter which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態における可変光減衰器アレイの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the variable optical attenuator array in the 7th Embodiment of this invention. (A)は第7の実施形態のアーム導波路のヒータ直下の第1の領域の導波路構造を示す図であり、(B)はアーム導波路の第1の領域以外の第2の領域の導波路構造を示す図である。(A) is a figure which shows the waveguide structure of the 1st area | region right under the heater of the arm waveguide of 7th Embodiment, (B) is 2nd area | regions other than 1st area | region of an arm waveguide. It is a figure which shows a waveguide structure. 従来から広く用いられている、光導波路を用いたマッハツェンダ干渉計型の可変光減衰器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the variable optical attenuator of the Mach-Zehnder interferometer type | mold using the optical waveguide widely used conventionally. 光導波路の作製工程を示す図である。It is a figure which shows the preparation process of an optical waveguide. 従来の多ポート光スイッチを示す図である。It is a figure which shows the conventional multiport optical switch. 従来の可変波長フィルタを示す図である。It is a figure which shows the conventional variable wavelength filter.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

(第1の実施形態)
図1に、本発明の第1の実施形態に係る2チャンネル可変光減衰器アレイの回路構成を示す。これは、光導波路101から回路に入力された光信号強度を所望の値に調整し出力する機能を有する。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a circuit configuration of a two-channel variable optical attenuator array according to the first embodiment of the present invention. This has a function of adjusting the optical signal intensity input to the circuit from the optical waveguide 101 to a desired value and outputting it.

本実施形態の回路構成を説明する。この可変光減衰器は、2つの方向性結合器102a、102bとそれらを連結するアーム導波路103からなるマッハツェンダ干渉計と、二重コア、アーム導波路103上に設置された薄膜ヒータ111、およびそのヒータ111に電力を供給する配線112とからなる位相シフタと、アーム導波路103の両側に形成された断熱溝121とから構成されている。   The circuit configuration of this embodiment will be described. The variable optical attenuator includes a Mach-Zehnder interferometer composed of two directional couplers 102a and 102b and an arm waveguide 103 connecting them, a double core, a thin film heater 111 installed on the arm waveguide 103, and The phase shifter includes a wiring 112 that supplies power to the heater 111 and heat insulating grooves 121 formed on both sides of the arm waveguide 103.

図2に、図1の領域Aの斜視図を示す。また、前述の位相シフタを構成している光導波路は、GeO2を添加した石英系コア201の内部に、シリコンからなるコア202が埋め込まれた構造をしている。これらの二重コアからなる光導波路の上方には薄膜ヒータ111が形成されており、この薄膜ヒータ111に配線112を介して電流を供給することによって位相シフタとして機能する。 FIG. 2 is a perspective view of region A in FIG. The optical waveguide constituting the phase shifter has a structure in which a core 202 made of silicon is embedded in a quartz-based core 201 to which GeO 2 is added. A thin film heater 111 is formed above the optical waveguide composed of these double cores, and functions as a phase shifter by supplying current to the thin film heater 111 via the wiring 112.

図3に、本実施形態の二重コア部分の上面図を示す(尚、ここでは分かり易くするため、薄膜ヒータ111は図示せず)。シリコンコア202は、直方体のシリコンコア202aと、その長手方向の両側に、石英コア201とシリコンコア202のスポットサイズ変換を行なうためのスポットサイズ変換器として、テーパ構造のシリコンコア202bとを配置した構成となっている。   FIG. 3 shows a top view of the double core portion of the present embodiment (note that the thin film heater 111 is not shown here for the sake of clarity). The silicon core 202 has a rectangular parallelepiped silicon core 202a and a silicon core 202b having a tapered structure as a spot size converter for performing spot size conversion of the quartz core 201 and the silicon core 202 on both sides in the longitudinal direction. It has a configuration.

次に、本発明の構成上の特徴を説明する。図1に示すように、前述の二重コアとその上方の薄膜ヒータ111は、アーム導波路103で(アーム導波路103の長手方向に対して垂直方向に)整列しておらず、アーム導波路103の長手方向に対して垂直方向に平行移動した位置にそれぞれが重なることがないように、ずらして配置したことを特徴としている。隣接する二重コアおよび薄膜ヒータ111をずらず量としては、薄膜ヒータ111の長さ以上にずらずことが重要である。これは、ヒータ加熱による熱分布がヒータの長手方向と垂直に分布しており、その影響を少なくするためである。これにより、熱干渉を抑制できる。   Next, structural features of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the above-mentioned double core and the thin film heater 111 thereabove are not aligned in the arm waveguide 103 (perpendicular to the longitudinal direction of the arm waveguide 103). It is characterized by being arranged so as not to overlap each other at positions translated in the vertical direction with respect to the longitudinal direction of 103. It is important that the amount of the adjacent double core and the thin film heater 111 is not more than the length of the thin film heater 111. This is because the heat distribution due to the heater heating is distributed perpendicular to the longitudinal direction of the heater, and the influence thereof is reduced. Thereby, thermal interference can be suppressed.

ここで、本可変光減衰器は、次の作製手順により作製できる。   Here, the variable optical attenuator can be manufactured by the following manufacturing procedure.

シリコン基板上に、SiO2層、シリコン層が形成されたSOI(Silicon on Insulator)基板を用意する。次に、電子ビーム露光と反応性エッチングによって、シリコンコアを形成する。次に、シリコンコアを覆うように、GeO2を添加した石英系ガラスを堆積し、フォトリソグラフィー技術と反応性エッチングにより石英系コアパターンを形成する。次に、石英系コアを覆うようにSiO2を主体とした上部クラッドガラスを堆積する。さらに、その上に、配線パターン・ヒータパターンを作製する。そして、断熱溝としての深溝をフォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチングにより作製する。作製するシリコンコアのコアサイズは0.5×0.3μm、石英系コアの屈折率は1.48、コアサイズは4.5×3.5μmである。 An SOI (Silicon on Insulator) substrate in which a SiO 2 layer and a silicon layer are formed on a silicon substrate is prepared. Next, a silicon core is formed by electron beam exposure and reactive etching. Next, quartz glass to which GeO 2 is added is deposited so as to cover the silicon core, and a quartz core pattern is formed by photolithography and reactive etching. Next, an upper clad glass mainly composed of SiO 2 is deposited so as to cover the quartz-based core. Further, a wiring pattern / heater pattern is formed thereon. And the deep groove | channel as a heat insulation groove | channel is produced by the photolithographic technique and reactive ion etching. The core size of the silicon core to be manufactured is 0.5 × 0.3 μm, the refractive index of the quartz core is 1.48, and the core size is 4.5 × 3.5 μm.

次に本実施形態の特徴である、二重コア構造もしくは薄膜ヒータ111を、アーム導波路103間でずらしたことによる効果を具体的に説明する。   Next, the effect of shifting the double core structure or thin film heater 111 between the arm waveguides 103, which is a feature of this embodiment, will be specifically described.

図14に示すような従来提案されている可変光減衰器では、一方のアーム導波路を加熱した際に、熱干渉によって隣接するアーム導波路についても温度上昇が発生してしまう。これらは以下のような問題を引き起こす。   In the conventionally proposed variable optical attenuator as shown in FIG. 14, when one arm waveguide is heated, a temperature rise also occurs in the adjacent arm waveguide due to thermal interference. These cause the following problems.

(1)1チャネルの可変光減衰器を考えた場合には、消費電力の増大を招く。今回の熱光学型の可変光減衰器では、一方のアーム導波路を加熱することで熱光学効果を介して屈折率を上昇させ、2本のアーム導波路間に光路長差を発生させることによって動作する。従って、2本のアーム導波路間における温度差を所望の値にする必要がある。この時、熱干渉があると、一方のアーム導波路のみが加熱されず、他方のアーム導波路も熱干渉により加熱されるため、所望の温度差にするために、熱干渉がない場合に比べて、より大きな電力を必要とする。   (1) When a 1-channel variable optical attenuator is considered, power consumption is increased. In this thermo-optic type variable optical attenuator, by heating one arm waveguide, the refractive index is increased via the thermo-optic effect, and an optical path length difference is generated between the two arm waveguides. Operate. Therefore, it is necessary to set the temperature difference between the two arm waveguides to a desired value. At this time, if there is thermal interference, only one arm waveguide is not heated, and the other arm waveguide is also heated by thermal interference. Therefore, in order to obtain a desired temperature difference, compared to the case without thermal interference. And requires more power.

(2)複数チャネルの可変光減衰器を考えた場合には、一方の可変光減衰器の動作状態(減衰量の設定値)が隣接の可変光減衰器の減衰量を変化させる。ある可変光減衰器のヒータへの電力を変化させた際、その電力に応じた熱干渉により、隣接する可変光減衰器の2本のアーム導波路間に温度勾配が発生する。つまり、隣接する2本のアーム導波路間の光路長差が変化することとなり、その2本のアーム導波路を含む可変光減衰器の減衰量が変化してしまう。   (2) When a variable optical attenuator having a plurality of channels is considered, the operation state (attenuation amount setting value) of one variable optical attenuator changes the attenuation amount of the adjacent variable optical attenuator. When the electric power to the heater of a certain variable optical attenuator is changed, a temperature gradient is generated between the two arm waveguides of the adjacent variable optical attenuators due to thermal interference corresponding to the electric power. That is, the optical path length difference between two adjacent arm waveguides changes, and the amount of attenuation of the variable optical attenuator including the two arm waveguides changes.

本実施形態のこれらの問題に対する効果について、図4を用いて説明する。図4(A)に、従来の可変光減衰器の多連位相シフタの斜視図を示し、図4(B)に、本実施形態における可変光減衰器の多連位相シフタの斜視図を示す。ここで重要となるのは、隣接するコアへの温度上昇である。そこで、従来の構造において、コア201−1の屈折率が所望の値だけ変化するように加熱した際の隣接するコア201−2の温度上昇をΔTAとした時、コア201−2の屈折率変化は次式の通り記述できる。 The effects of the present embodiment on these problems will be described with reference to FIG. 4A shows a perspective view of a multiple phase shifter of a conventional variable optical attenuator, and FIG. 4B shows a perspective view of a multiple phase shifter of a variable optical attenuator in the present embodiment. What is important here is the temperature rise to the adjacent core. Therefore, in the conventional structure, when the temperature rise of the adjacent cores 201-2 when the refractive index of the core 201-1 was heated to vary by a desired value and a [Delta] T A, the refractive index of the core 201-2 The change can be described as:

Figure 2012103505
Figure 2012103505

ここで、   here,

Figure 2012103505
Figure 2012103505

は石英の熱光学係数である。 Is the thermo-optic coefficient of quartz.

次に、図4(B)に示す本実施形態におけるコア201−2における屈折率変化は次式の通り記述できる。   Next, the refractive index change in the core 201-2 in this embodiment shown in FIG.

Figure 2012103505
Figure 2012103505

ここで、ΔTBはシリコンコアの屈折率が図4(A)のコア201−1の屈折率変化と同じだけ変化するように加熱した際の隣接するコア201−2の温度上昇を示す。ここで、重要なのは、ΔTBはΔTAに比べて約1/20の温度上昇に留まっている点である。これは、シリコンコアを内在した二重コア構造においては、光の電磁界分布のほとんどが屈折率の高いシリコンコア内に存在しており、かつ、シリコンの高い熱光学効果を利用できるためである。シリコンは石英ガラスに比べ、約20倍の熱光学係数を持っており、同じ屈折率変化を与えるための温度上昇が1/20に抑制できる。 Here, ΔT B indicates the temperature rise of the adjacent core 201-2 when heated so that the refractive index of the silicon core changes by the same amount as the refractive index change of the core 201-1 in FIG. Here, it is important that ΔT B stays at a temperature increase of about 1/20 compared to ΔT A. This is because in the double core structure in which the silicon core is embedded, most of the electromagnetic field distribution of light exists in the silicon core having a high refractive index, and the high thermo-optic effect of silicon can be used. . Silicon has a thermo-optic coefficient about 20 times that of quartz glass, and the temperature rise for giving the same refractive index change can be suppressed to 1/20.

以上の結果より、本実施形態においては、熱干渉を従来の1/20にまで低減することが可能となる。   From the above results, in this embodiment, it is possible to reduce thermal interference to 1/20 of the conventional value.

本実施例においては、従来よりも実効的な熱光学効果が高い熱光学位相シフタを用いることにより、低消費電力化にも寄与している。   In this embodiment, the use of a thermo-optic phase shifter having a higher effective thermo-optic effect than the conventional one contributes to a reduction in power consumption.

本実施例のようなマッハツェンダ干渉計の場合、結合器の間のアーム導波路が平行に配置されるため、熱干渉は必ず発生してしまう。そこで、本実施例において特徴的なのは、(1)加熱領域には相対的に熱光学効果の大きな導波路を設け、そして、(2)その熱干渉を受けやすい箇所には相対的に熱光学効果の小さな導波路を配置することにより、熱干渉を抑制した点にある。この構成を用いることにより、隣接する導波路間の距離を短くすることが可能となり小型化が期待できる。   In the case of the Mach-Zehnder interferometer as in this embodiment, the arm waveguides between the couplers are arranged in parallel, so that thermal interference always occurs. Therefore, the present embodiment is characterized in that (1) a waveguide having a relatively large thermo-optic effect is provided in the heating region, and (2) a relatively thermo-optic effect is provided at a location that is susceptible to thermal interference. By arranging a small waveguide, thermal interference is suppressed. By using this configuration, the distance between the adjacent waveguides can be shortened, and downsizing can be expected.

(第2の実施形態)
図5に本発明の第2の実施形態に係る1×5多ポート光スイッチの回路構成(薄膜ヒータへの配線は図示せず)を示す。これは、入力導波路301から回路に入力された光信号を出力導波路303の所望の出力ポートに出力する機能を有する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows a circuit configuration of a 1 × 5 multi-port optical switch according to the second embodiment of the present invention (wiring to the thin film heater is not shown). This has a function of outputting an optical signal input to the circuit from the input waveguide 301 to a desired output port of the output waveguide 303.

本実施形態の回路構成を説明する。この多ポート光スイッチは、2つのスラブ導波路311、312とそれらを連結するアレイ導波路302からなる光干渉回路であり、アレイ導波路302には図2、3に示すような、二重コア、薄膜ヒータ321および断熱溝331を含む位相シフタが配置されている。   The circuit configuration of this embodiment will be described. This multi-port optical switch is an optical interference circuit comprising two slab waveguides 311 and 312 and an arrayed waveguide 302 connecting them, and the arrayed waveguide 302 has a dual core as shown in FIGS. A phase shifter including a thin film heater 321 and a heat insulating groove 331 is disposed.

本実施形態の回路の動作原理を説明する。入力導波路301に入射した光信号は、第1のスラブ導波路311においてそれぞれのアレイ導波路302に分配される。次に、アレイ導波路302を伝搬する光信号は位相シフタにより所望の位相差が与えられ、その位相差によって第2のスラブ導波路312で集光する位置が決定される。各集光位置には出力導波路303を配置しており、5本の出力導波路のいずれかから出力させることができる。   The operation principle of the circuit of this embodiment will be described. The optical signal incident on the input waveguide 301 is distributed to each arrayed waveguide 302 in the first slab waveguide 311. Next, a desired phase difference is given to the optical signal propagating through the arrayed waveguide 302 by the phase shifter, and the position where the light signal is condensed by the second slab waveguide 312 is determined by the phase difference. An output waveguide 303 is disposed at each condensing position, and output can be performed from any of the five output waveguides.

次に、本実施形態の構造的な特徴を説明する。二重コアおよび薄膜ヒータ321は、複数の隣り合ったアレイ導波路間で図5に示すようにアレイ導波路302の長手方向に平行移動させて、ずらして配置したことを特徴としている。その結果、図5の領域Bの3本のアーム導波路の斜視図を示した図6のように、隣り合ったアレイ導波路302の長手方向に対して垂直な位置にはシリコンコアが埋め込まれていない、ということを特徴としている。   Next, structural features of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 5, the double core and the thin film heater 321 are shifted in parallel in the longitudinal direction of the arrayed waveguide 302 between a plurality of adjacent arrayed waveguides. As a result, as shown in FIG. 6 showing a perspective view of the three arm waveguides in the region B of FIG. 5, a silicon core is embedded at a position perpendicular to the longitudinal direction of the adjacent array waveguides 302. It is characterized by not.

本実施形態の作製手順は実施形態1と同じであるため割愛する。   Since the manufacturing procedure of this embodiment is the same as that of Embodiment 1, it is omitted.

本実施形態の解決する課題と効果を簡単に以下に述べる。多ポート光スイッチでは、複数の位相シフタによる位相変化量をそれぞれ個別に所望の値に設定する必要がある。しかし、図16に示す従来の多ポート光スイッチでは、アレイ導波路のある光導波路用の熱光学位相シフタによる発熱が、熱干渉によって他の光導波路中の光信号の位相を変化させてしまう。その結果、位相の制御が非常に複雑となる。それを解消するためには、アレイ導波路間の距離を十分に広くする必要があったが、サイズの増大を招いていた。そこで、本発明では、図5に示すように、相対的に熱光学効果の大きなシリコンを加熱領域にのみ配置し、かつ、隣接する光導波路に熱干渉を大きく及ぼす領域には、相対的に熱光学効果の小さい石英導波路を配置し、熱干渉を抑制したものである。   Problems and effects to be solved by this embodiment will be briefly described below. In a multi-port optical switch, it is necessary to individually set a phase change amount by a plurality of phase shifters to a desired value. However, in the conventional multiport optical switch shown in FIG. 16, heat generated by the thermo-optic phase shifter for the optical waveguide having the arrayed waveguide changes the phase of the optical signal in the other optical waveguide due to thermal interference. As a result, phase control becomes very complicated. In order to solve this problem, it was necessary to increase the distance between the arrayed waveguides sufficiently, but this increased the size. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 5, silicon having a relatively large thermo-optic effect is disposed only in the heating region, and a region that exerts a large amount of thermal interference on the adjacent optical waveguide is relatively heated. A quartz waveguide with a small optical effect is arranged to suppress thermal interference.

(第3の実施形態)
図7に本発明の第3の実施形態に係る可変波長フィルタの回路構成(薄膜ヒータへの配線は図示せず)を示す。これは、入力導波路301から回路に入力された光信号波長のうち、特定の波長のみを出力する機能を有する。
(Third embodiment)
FIG. 7 shows a circuit configuration of a variable wavelength filter according to the third embodiment of the present invention (wiring to the thin film heater is not shown). This has a function of outputting only a specific wavelength among the optical signal wavelengths input to the circuit from the input waveguide 301.

本実施形態の回路構成を説明する。この可変波長フィルタは、2つのスラブ導波路311、312とそれらを連結する長さの異なるアレイ導波路302からなる光干渉回路であり、アレイ導波路302には図2、3に示すような、二重コア、薄膜ヒータ321および断熱溝331を含む位相シフタが配置されている。   The circuit configuration of this embodiment will be described. This variable wavelength filter is an optical interference circuit composed of two slab waveguides 311 and 312 and an arrayed waveguide 302 having different lengths for connecting them, and the arrayed waveguide 302 has a structure as shown in FIGS. A phase shifter including a double core, a thin film heater 321 and a heat insulating groove 331 is disposed.

本実施形態の回路の動作原理を説明する。入力導波路に入射した光信号は、第1のスラブ導波路311においてそれぞれのアレイ導波路302に分配される。次に、アレイ導波路302を伝搬する光信号は長さの異なるアレイ導波路302を伝搬することで、第2のスラブ導波路312において、波長によって異なる位置に集光する。また、その集光位置は、位相シフタでアレイ導波路中を伝搬する光信号の位相を変えることによって変化させることができるため、特定の波長のみを取り出すことが可能となる。   The operation principle of the circuit of this embodiment will be described. The optical signal incident on the input waveguide is distributed to each arrayed waveguide 302 in the first slab waveguide 311. Next, the optical signal propagating through the arrayed waveguide 302 propagates through the arrayed waveguides 302 having different lengths, and is collected at different positions depending on the wavelength in the second slab waveguide 312. Further, since the condensing position can be changed by changing the phase of the optical signal propagating through the arrayed waveguide with a phase shifter, it is possible to extract only a specific wavelength.

本実施形態の作製手順は第2の実施形態と同じであるため割愛する。   Since the manufacturing procedure of this embodiment is the same as that of the second embodiment, it is omitted.

本実施形態の解決する課題と効果を簡単に以下に述べる。本実施形態の可変波長フィルタにおいて所望の波長を出力させるためには、複数の位相シフタによる位相変化量をそれぞれ個別に所望の値にする必要がある。しかし、図17に示す従来の可変波長フィルタでは、アレイ導波路のある光導波路用の熱光学位相シフタにおける発熱が、熱干渉によって他の光導波路中の光信号の位相を変化させてしまう。その結果、位相の制御が非常に複雑となる。それを解消するためには、アレイ導波路間の距離を十分に広くする必要があったが、サイズの増大を招いていた。そこで、本発明では、図7に示すように、相対的に熱光学効果の大きなシリコンを加熱領域にのみ配置し、かつ、隣接する光導波路に熱干渉を大きく及ぼす領域には、相対的に熱光学効果の小さい石英導波路を配置し、熱干渉を抑制したものである。   Problems and effects to be solved by this embodiment will be briefly described below. In order to output a desired wavelength in the variable wavelength filter of this embodiment, it is necessary to individually set the phase change amounts by the plurality of phase shifters to a desired value. However, in the conventional variable wavelength filter shown in FIG. 17, the heat generated in the thermo-optic phase shifter for the optical waveguide having the arrayed waveguide changes the phase of the optical signal in the other optical waveguide due to thermal interference. As a result, phase control becomes very complicated. In order to solve this problem, it was necessary to increase the distance between the arrayed waveguides sufficiently, but this increased the size. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 7, silicon having a relatively large thermo-optic effect is disposed only in the heating region, and a region that exerts a large amount of thermal interference on the adjacent optical waveguide is relatively heated. A quartz waveguide with a small optical effect is arranged to suppress thermal interference.

(第4の実施形態)
図8に本発明の第4の実施形態に係る可変光減衰器アレイの回路構成を示す。これは、光導波路101から回路に入力された光信号強度を所望の値に調整し出力する機能を有する。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 shows a circuit configuration of a variable optical attenuator array according to the fourth embodiment of the present invention. This has a function of adjusting the optical signal intensity input to the circuit from the optical waveguide 101 to a desired value and outputting it.

本実施形態の回路構成を説明する。この可変光減衰器は、2つの方向性結合器102a、102bとそれらを連結するアーム導波路103からなるマッハツェンダ干渉計であり、アーム導波路103にはコアを分断するような溝122が形成されており、シリコーン樹脂が充填されている。図9に、薄膜ヒータ111および溝122の上面図を示す。ここで、本実施例で想定しているシリコーン樹脂は石英ガラスに比べ約−37倍の熱光学効果を有しており、僅かな加熱で(石英ガラスに比べて)大きな位相変化を与えることができる。シリコーン樹脂を充填するための溝122の周囲にはシリコーン樹脂を加熱するための薄膜ヒータ111が形成されており、熱光学位相シフタとして動作させることができる。薄膜ヒータ111には配線112から電力を供給する。   The circuit configuration of this embodiment will be described. This variable optical attenuator is a Mach-Zehnder interferometer comprising two directional couplers 102a and 102b and an arm waveguide 103 that connects them, and a groove 122 that divides the core is formed in the arm waveguide 103. And filled with silicone resin. FIG. 9 shows a top view of the thin film heater 111 and the groove 122. Here, the silicone resin assumed in this example has a thermo-optical effect of about -37 times that of quartz glass, and can give a large phase change with a slight heating (compared to quartz glass). it can. A thin film heater 111 for heating the silicone resin is formed around the groove 122 for filling the silicone resin, and can be operated as a thermo-optic phase shifter. Electric power is supplied from the wiring 112 to the thin film heater 111.

次に、本発明の構成上の特徴を説明する。図8に示すように、薄膜ヒータ111を備えた位相シフタは、アーム導波路103で(アーム導波路103の長手方向に対して垂直な方向に)整列しておらず、アーム導波路103の長手方向に対して垂直方向に平行移動した位置にそれぞれが重なることがないように、ずらして配置したことを特徴としている。これにより、熱干渉を抑制できる。   Next, structural features of the present invention will be described. As shown in FIG. 8, the phase shifter including the thin film heater 111 is not aligned with the arm waveguide 103 (in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the arm waveguide 103). It is characterized by being arranged so as not to overlap each other at the position translated in the direction perpendicular to the direction. Thereby, thermal interference can be suppressed.

次に、本可変光減衰器の作製手順を説明する。図15に示す代表的な光導波路の作製方法により埋め込み型光導波路を作製する。その後、上部クラッド層の上に、配線パターン、ヒータパターンを作製する。そして、シリコーン樹脂を充填するための溝をフォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチングにより作製する。最後に、溝122近傍にシリコーン樹脂を塗布し、溝122の中にシリコーン樹脂を充填し硬化する。   Next, a manufacturing procedure of the variable optical attenuator will be described. A buried optical waveguide is manufactured by a typical optical waveguide manufacturing method shown in FIG. Thereafter, a wiring pattern and a heater pattern are formed on the upper clad layer. And the groove | channel for filling a silicone resin is produced by the photolithographic technique and reactive ion etching. Finally, a silicone resin is applied in the vicinity of the groove 122, and the silicone resin is filled into the groove 122 and cured.

本実施形態の効果は第1の実施形態とほぼ同様であるが、その効果の程度が異なる。シリコーン樹脂は石英ガラスに比べ約−37倍の熱光学効果を有している。一方、シリコーン樹脂は図9に示す溝122の中に充填されており、その溝幅が15μm、溝と溝との間隔が50μmとしている。その時、石英導波路と比べた場合の実効的な熱光学係数比は、凡そ下の式で与えることができる。   The effect of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment, but the degree of the effect is different. Silicone resin has a thermo-optic effect about -37 times that of quartz glass. On the other hand, the silicone resin is filled in the groove 122 shown in FIG. 9, and the groove width is 15 μm, and the distance between the grooves is 50 μm. At that time, the effective thermo-optic coefficient ratio in comparison with the quartz waveguide can be given by the following equation.

Figure 2012103505
Figure 2012103505

ここで、   here,

Figure 2012103505
Figure 2012103505

は石英ガラスの熱光学係数で規格化したシリコーン樹脂の熱光学係数、Lsiliconeは加熱領域におけるシリコーン樹脂の光の伝搬方向の割合、LSiO2は加熱領域における石英ガラスの光の伝搬方向の割合を示す。溝122のパラメータを図9の通りとした本実施形態においては、Lsiliconeは15/50となり、LSiO2は35/50となる。また、シリコーン樹脂の熱光学効果は石英ガラスの約−37倍であるため、 Is the thermo-optic coefficient of the silicone resin normalized by the thermo-optic coefficient of quartz glass, L silicone is the ratio of the propagation direction of light of the silicone resin in the heating area, and L SiO2 is the ratio of the propagation direction of light of the quartz glass in the heating area. Show. In the present embodiment in which the parameters of the groove 122 are as shown in FIG. 9, L silicone is 15/50, and L SiO2 is 35/50. Moreover, since the thermo-optic effect of silicone resin is about -37 times that of quartz glass,

Figure 2012103505
Figure 2012103505

は−37となる。よって、本実施形態における石英ガラスで規格化した実効的な熱光学係数比は−10.4となる。従って、本実施形態においても、第1の実施形態と同様な説明により効果が期待でき、図14に示す従来構成に比べて、その熱干渉は約1/10.4倍まで抑制できる。 Becomes -37. Therefore, the effective thermo-optic coefficient ratio normalized by the quartz glass in this embodiment is −10.4. Therefore, also in this embodiment, an effect can be expected by the same description as in the first embodiment, and the thermal interference can be suppressed to about 1 / 10.4 times that of the conventional configuration shown in FIG.

(第5の実施形態)
図10に本発明の第5の実施形態に係る1×5多ポート光スイッチの回路構成を示す。これは、入力導波路301から回路に入力された光信号強度を所望のポートに出力する機能を有する。
(Fifth embodiment)
FIG. 10 shows a circuit configuration of a 1 × 5 multiport optical switch according to the fifth embodiment of the present invention. This has a function of outputting the optical signal intensity input to the circuit from the input waveguide 301 to a desired port.

本実施形態の回路構成を説明する。この多ポート光スイッチは、2つのスラブ導波路311、312とそれらを連結するアレイ導波路302からなる光干渉回路であり、アレイ導波路302には図9に示す位相シフタが配置されている。   The circuit configuration of this embodiment will be described. This multi-port optical switch is an optical interference circuit including two slab waveguides 311 and 312 and an arrayed waveguide 302 connecting them, and the phase shifter shown in FIG.

本実施形態の回路の動作原理は第2の実施例と同様であるため割愛する。   Since the operation principle of the circuit of this embodiment is the same as that of the second example, it is omitted.

本実施形態の作製手順は第4の実施形態と同じであるため割愛する。   Since the manufacturing procedure of this embodiment is the same as that of the fourth embodiment, it is omitted.

次に、本実施形態の構造的な特徴を説明する。光導波路とシリコーンを充填した溝332と薄膜ヒータ321から構成される位相シフタは、複数の隣り合ったアレイ導波路間で図10に示すようにアレイ導波路302の長手方向に平行移動させて、ずらして配置したことを特徴としている。   Next, structural features of the present embodiment will be described. The phase shifter composed of the optical waveguide and the groove 332 filled with silicone and the thin film heater 321 is moved in parallel in the longitudinal direction of the array waveguide 302 between a plurality of adjacent array waveguides as shown in FIG. It is characterized by being shifted.

本実施形態の特徴と効果は次の通りである。図10に示すように、相対的に熱光学効果の大きなシリコーン樹脂を加熱領域にのみ用いて、かつ、隣接する光導波路に熱干渉を大きく及ぼす領域には、相対的に熱光学効果の小さい石英導波路を配置し、熱干渉を抑制したものである。   The features and effects of this embodiment are as follows. As shown in FIG. 10, a silicone resin having a relatively large thermo-optic effect is used only in the heating region, and in a region that exerts a large amount of thermal interference on the adjacent optical waveguide, quartz having a relatively small thermo-optic effect. A waveguide is disposed to suppress thermal interference.

(第6の実施形態)
図11に本発明の第6の実施形態に係る可変波長フィルタの回路構成を示す。これは、入力導波路301から回路に入力された光信号波長のうち、特定の波長のみを出力する機能を有する。
(Sixth embodiment)
FIG. 11 shows a circuit configuration of a variable wavelength filter according to the sixth embodiment of the present invention. This has a function of outputting only a specific wavelength among the optical signal wavelengths input to the circuit from the input waveguide 301.

本実施形態の回路構成を説明する。この可変波長フィルタは、2つのスラブ導波路311、312とそれらを連結する長さの異なるアレイ導波路302からなる光干渉回路であり、アレイ導波路には図9に記載の位相シフタが配置されている。   The circuit configuration of this embodiment will be described. This variable wavelength filter is an optical interference circuit comprising two slab waveguides 311 and 312 and an array waveguide 302 having different lengths for connecting them, and the phase shifter shown in FIG. 9 is arranged in the array waveguide. ing.

本実施形態の回路の動作原理は第3の実施例と同様であるため割愛する。   Since the operation principle of the circuit of this embodiment is the same as that of the third example, it is omitted.

本実施形態の作製手順は第4の実施形態と同じであるため割愛する。   Since the manufacturing procedure of this embodiment is the same as that of the fourth embodiment, it is omitted.

本実施形態の特徴と効果は次の通りである。図11に示すように、相対的に熱光学効果の大きなシリコーン樹脂を加熱領域にのみ用いて、かつ、隣接する光導波路に熱干渉を大きく及ぼす領域には、相対的に熱光学効果の小さい石英導波路を配置し、熱干渉を抑制したものである。   The features and effects of this embodiment are as follows. As shown in FIG. 11, a silicone resin having a relatively large thermo-optic effect is used only in the heating region, and in a region that exerts a large amount of thermal interference on an adjacent optical waveguide, quartz having a relatively small thermo-optic effect. A waveguide is disposed to suppress thermal interference.

(第7の実施形態)
図12に本発明の第7の実施形態における可変光減衰器アレイの回路構成を示す。これは、光導波路101から回路に入力された光信号強度を所望の値に調整し出力する機能を有する。
(Seventh embodiment)
FIG. 12 shows a circuit configuration of a variable optical attenuator array in the seventh embodiment of the present invention. This has a function of adjusting the optical signal intensity input to the circuit from the optical waveguide 101 to a desired value and outputting it.

本実施形態の回路構成は第1の実施形態と同様であるため、差異のみ説明する。主な違いは、ヒータ直下の導波路の違いである。   Since the circuit configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, only the differences will be described. The main difference is the difference in the waveguide directly under the heater.

アーム導波路のヒータ直下の第1の領域は、図13(A)に示すような埋め込み型のリブ導波路構造であり、それ以外の第2の領域は、図13(B)に示すような埋め込み型のチャネル導波路構造である。第1の領域は、シリコン基板501上にシリカ系ガラスからなる下部クラッド層502、シリコンからなるリブ導波路503、GeO2を添加したシリカ系ガラスからなる第2の導波路のコア504、シリカ系ガラスからなる上部クラッド層505が積層されたものである。また、第2の領域は、シリコン基板501上にシリカ系ガラスからなる下部クラッド層502、GeO2を添加したシリカ系ガラスかなるコア506、その周囲を覆うシリカ系ガラスかなる上部クラッド層505が積層されたものである。第2の導波路のコア504、506のGeO2を添加したシリカ系ガラスの屈折率は1.48であり、サイズは図13(A)、13(B)に示すように作製する。 The first region directly under the heater of the arm waveguide has a buried rib waveguide structure as shown in FIG. 13A, and the other second region has a structure as shown in FIG. 13B. This is a buried channel waveguide structure. The first region includes a lower clad layer 502 made of silica-based glass on a silicon substrate 501, a rib waveguide 503 made of silicon, a core 504 of a second waveguide made of silica-based glass to which GeO 2 is added, silica-based An upper cladding layer 505 made of glass is laminated. The second region includes a lower clad layer 502 made of silica glass on a silicon substrate 501, a core 506 made of silica glass to which GeO 2 is added, and an upper clad layer 505 made of silica glass covering the periphery thereof. It is a laminated one. The refractive index of the silica-based glass to which GeO 2 of the cores 504 and 506 of the second waveguide is added is 1.48, and the size is manufactured as shown in FIGS. 13 (A) and 13 (B).

第1の領域において、光の電磁界分布は屈折率の高いシリコンからなるリブ導波路503内に集中しており、かつ、シリコンはシリカに比べ、約20倍の熱光学係数を有しているため第1の実施形態と同様な原理で熱干渉を抑制することができる。   In the first region, the electromagnetic field distribution of light is concentrated in the rib waveguide 503 made of silicon having a high refractive index, and silicon has a thermo-optic coefficient about 20 times that of silica. Therefore, thermal interference can be suppressed based on the same principle as in the first embodiment.

本実施形態のような2種類の導波路を用いることによって、第2、第3の実施形態と同様に、多ポートスイッチおよび可変波長フィルタを作製できる。   By using two types of waveguides as in this embodiment, a multi-port switch and a variable wavelength filter can be produced as in the second and third embodiments.

第2、第3、第5、第6の実施形態においては、4本の導波路おきに導波路の長手方向に対して垂直方向に平行移動した箇所にヒータ加熱領域が配置される構成となるが、この4本という値は、アレイ導波路の間隔(回路のサイズ)などによって設計する値であり、要求条件によってその他の値であっても構わない。   In the second, third, fifth, and sixth embodiments, the heater heating region is arranged at a position parallel to the longitudinal direction of the waveguide every four waveguides. However, the value of 4 is a value designed based on the interval (circuit size) of the arrayed waveguides, and may be another value depending on the requirement.

101 入力導波路
102a、102b 方向性結合器
103 アーム導波路
111 薄膜ヒータ
112 配線
121 断熱溝
122 シリコンを充填した溝
201、201−1、201−2 石英系コア
202 シリコンコア
202a 直方体のシリコンコア
202b テーパ構造のシリコンコア
301 入力導波路
302 アレイ導波路
303 出力導波路
311、312 スラブ導波路
321 薄膜ヒータ
331 断熱溝
332 シリコンを充填した溝
401 石英系コア
402 シリコンコア
501 シリコン基板
502 下部クラッド層
503 リブ導波路
504、506 第2の導波路のコア
505 上部クラッド層
601 入力導波路
602a、602b 方向性結合器
603 アーム導波路
611 薄膜ヒータ
621 断熱溝
701 シリコン基板
702 下部クラッド層
703 コア層
704 上部クラッド層
801 入力導波路
802 アレイ導波路
803 出力導波路
811、812 スラブ導波路
821 薄膜ヒータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Input waveguide 102a, 102b Directional coupler 103 Arm waveguide 111 Thin film heater 112 Wiring 121 Heat insulation groove 122 Silicon filled groove 201, 201-1 and 201-2 Quartz core 202 Silicon core 202a Rectangular silicon core 202b Tapered silicon core 301 Input waveguide 302 Array waveguide 303 Output waveguide 311, 312 Slab waveguide 321 Thin film heater 331 Heat insulation groove 332 Silicon-filled groove 401 Quartz-based core 402 Silicon core 501 Silicon substrate 502 Lower cladding layer 503 Rib waveguides 504, 506 Second waveguide core 505 Upper cladding layer 601 Input waveguides 602a, 602b Directional coupler 603 Arm waveguide 611 Thin film heater 621 Heat insulation groove 701 Silicon substrate 702 Lower cladding layer 703 Core layer 704 Upper cladding layer 801 Input waveguide 802 Array waveguide 803 Output waveguide 811, 812 Slab waveguide 821 Thin film heater

Claims (7)

2以上の平行に配置された光導波路上に薄膜ヒータがそれぞれ配置された多連熱光学位相シフタであって、
前記薄膜ヒータ近傍の前記光導波路の第1の領域は、前記光導波路の前記第1の領域以外の第2の領域よりも熱光学係数が大きく、
少なくとも隣り合う前記光導波路の第1の領域及び前記薄膜ヒータは、前記長手方向の位置において重ならないように配置された
ことを特徴とする多連熱光学位相シフタ。
A multiple thermo-optic phase shifter in which thin film heaters are respectively disposed on two or more parallel optical waveguides,
The first region of the optical waveguide in the vicinity of the thin film heater has a larger thermo-optic coefficient than the second region other than the first region of the optical waveguide,
The multiple thermo-optical phase shifter, wherein at least the first region of the optical waveguide and the thin film heater which are adjacent to each other are arranged so as not to overlap at a position in the longitudinal direction.
前記第1の領域は、第1のコア層と第2のコア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路であり、前記第2のコア層は前記第1のコア層よりも熱光学係数が大きく、
前記第2の領域は、前記第1のコア層と同じ熱光学係数の第3のコア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路であり、
スポットサイズ変換器を介して前記第1の領域と前記第2の領域とが接続された
ことを特徴とする請求項1に記載の多連熱光学位相シフタ。
The first region is a buried optical waveguide composed of a first core layer, a second core layer, and a clad layer, and the second core layer has a thermo-optic coefficient higher than that of the first core layer. big,
The second region is a buried optical waveguide composed of a third core layer and a cladding layer having the same thermo-optic coefficient as the first core layer,
The multiple thermal optical phase shifter according to claim 1, wherein the first region and the second region are connected via a spot size converter.
前記第1及び第2の領域は、コア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路であり、
前記第1の領域は、前記コア層よりも熱光学係数の大きな材料が充填された複数の溝が前記コア層に形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の多連熱光学位相シフタ。
The first and second regions are embedded optical waveguides composed of a core layer and a cladding layer,
2. The multiple thermo-optic phase according to claim 1, wherein the first region has a plurality of grooves formed in the core layer filled with a material having a larger thermo-optic coefficient than the core layer. Shifter.
前記第1の領域は、第1のコア層と第1のクラッド層と前記第1のクラッド層よりも屈折率の低い第2のクラッド層とからなる埋め込み型リブ光導波路であり、
前記第2の領域は、前記第1のクラッド層と同じ屈折率の第2のコア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路である
ことを特徴とする請求項1に記載の多連熱光学位相シフタ。
The first region is a buried rib optical waveguide composed of a first core layer, a first cladding layer, and a second cladding layer having a refractive index lower than that of the first cladding layer,
2. The multiple thermooptic according to claim 1, wherein the second region is a buried optical waveguide including a second core layer and a clad layer having the same refractive index as the first clad layer. Phase shifter.
第1及び第2の3dB結合器を有する可変光減衰器であって、
前記第1及び第2の3dB結合器は、請求項1〜4に記載の多連熱光学位相シフタで連結されたことを特徴とする可変光減衰器。
A variable optical attenuator having first and second 3 dB couplers,
The variable optical attenuator, wherein the first and second 3 dB couplers are connected by the multiple thermo-optic phase shifter according to claim 1.
1入力N出力の第1のスラブ導波路とN入力M出力の第2のスラブ導波路を有する1×M光スイッチであって、
前記第1のスラブ導波路と前記第2のスラブ導波路とは、光路長が同じN本の光導波路を有する請求項1〜4の多連熱光学位相シフタで連結されたことを特徴とする1×M光スイッチ。
A 1 × M optical switch having a first slab waveguide with 1 input and N output and a second slab waveguide with N input and M output,
The first slab waveguide and the second slab waveguide are connected by the multiple thermo-optic phase shifter according to claim 1 having N optical waveguides having the same optical path length. 1 x M optical switch.
1入力N出力の第1のスラブ導波路とN入力M出力の第2のスラブ導波路を有する可変波長フィルタであって、
前記第1のスラブ導波路と前記第2のスラブ導波路とは、光路長が異なるN本の光導波路を有する請求項1〜4の多連熱光学位相シフタで連結されたことを特徴とする可変波長フィルタ。
A variable wavelength filter having a first slab waveguide with 1 input and N output and a second slab waveguide with N input and M output,
The first slab waveguide and the second slab waveguide are connected by the multiple thermo-optic phase shifter according to claim 1 having N optical waveguides having different optical path lengths. Variable wavelength filter.
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