JP2687362B2 - 光スイッチング素子 - Google Patents
光スイッチング素子Info
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- JP2687362B2 JP2687362B2 JP62185852A JP18585287A JP2687362B2 JP 2687362 B2 JP2687362 B2 JP 2687362B2 JP 62185852 A JP62185852 A JP 62185852A JP 18585287 A JP18585287 A JP 18585287A JP 2687362 B2 JP2687362 B2 JP 2687362B2
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- waveguide
- heater electrode
- optical waveguide
- optical
- switching element
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
高速スイッチング特性の向上を図った温度制御型光ス
イッチに関し、 ヒータ電極の酸化防止と導波路の効果的な放熱を目的
とし、 基板表面で、かつ該基板の内部に形成された光導波路
と、該光導波路上に形成されたバッファ層を介して該導
波路上に形成されたヒータ電極と、該ヒータ電極を覆う
半導体物質または誘電体物質からなる電気的絶縁層と、
該電気的絶縁層上で該ヒータ電極に対応する領域に形成
された金属からなる放熱突起とを有するように構成す
る。 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光通信装置における光導波路に係り、特に
基板表面に熱拡散によって形成された光導波路の高速ス
イッチング特性の向上を図った温度制御型光スイッチに
関する。 従来、光通信装置ではレンズやバルク素子等の組合せ
によって光導波路を形成しているが、最近ではシリコン
基板上にスパッタリング等の手段でチタン（Ti）を添加
した酸化珪素（SiO2）をパターン形成して熱拡散する方
法や、ソーダガラス上にアルミニウム（Al）等でパター
ン化したマスクを形成しこれを硝酸塩でイオン交換して
部分的に屈折率を高める事で導波路を形成する方法等が
用いられている。 このような光導波路では、導波路を部分的に加熱する
と導波路が有する熱光効果によって加熱された部分の屈
折率が変化し実効光路長が変わるために、光導波路を例
えばマッハツェンダ型導波路に構成して導波路型光調器
を、またバランスブリッジ型導波路構成とすることで光
スイッチを形成することができる。 この場合、上記導波路型光スイッチを1ms以下μｓレ
ベルで高速スイッチングさせるためには、効果的に導波
路を加熱しなければならないことは勿論であるが、スイ
ッチング速度が主として放熱速度で決まるためにスイッ
チ速度を高めるために熱の放出速度を高める工夫が必要
とされる。 一方従来の光導波路ではヒータ電極が露出した形状を
とっているために、露出したヒータ電極の酸化によって
光導波路として特性の劣化を来たす等の問題がありその
解決が望まれている。 〔従来の技術〕 第２図は、従来の光導波路とヒータ近傍の構造を示す
断面図である。 図において、例えばソーダガラスよりなる導波路基板
１表面上にAlをパターン化してマスクし、硝酸銀中でイ
オン交換して幅，深さとも数μｍ程度の光導波路２を形
成している。ここで該光導波路２に近接させて金（Au）
薄膜よりなるヒータ電極３を設ける必要があるが、光導
波路２の上に直接ヒータ電極３を形成すると該電極３に
よって光が吸収されて伝送される光に損失を生じるため
に、導波路基板１および光導波路２の表面を絶縁性材料
例えば酸化アルミニウム（Al2O3）または二酸化珪素（S
iO2）等からなるバッファ層４で被覆し、該バッファ層
４の上に厚さ数1000Åのヒータ電極３を蒸着等の手段を
用いて形成している。 ここで上記ヒータ電極３に通電して導波路基板１の光
導波路２部分を加熱し、導波路型光スイッチを形成して
いる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の光導波路のヒータ電極は、露出した状態にあ
る。 従って露出したヒータ電極が酸化し光導波路ひいては
導波路型光スイッチとしての特性劣化を来たすと云う問
題があり、また平面的表面からの熱の放出効率が悪いた
めにスイッチング速度を向上することができないと云う
問題があった。 更に光導波路の加熱，冷却の繰り返しが、ヒータ電
極，バッファ層，光導波路間の密着性を劣化させ、場合
によっては相互間で剥離を生ずる等の問題があった。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点は、基板表面で、かつ該基板の内部に形成
された光導波路と、該光導波路上に形成されたバッファ
層を介して該導波路上に形成されたヒータ電極と、該ヒ
ータ電極を覆う半導体物質または誘電体物質からなる電
気的絶縁層と、該電気的絶縁層上で該ヒータ電極に対応
する領域に形成された金属からなる放熱突起とを有する
光スイッチング素子によって解決される。 〔作 用〕 1ms以下μｓレベルの高速スイッチングを行う導波路
型光スイッチの場合には、ヒータ電極で発生した熱をOF
Fの状態で効率よく強制的に大気中に放出することが必
要である。 スイッチのON状態で発生した熱をOFF状態で強制的に
大気中に放出するには、熱放出面積を大きくするための
突起を上記の熱伝導性を有する電気的絶縁層の表面に付
加する手段が極めて有効であり、これによって更に高速
のスイッチングができる光導波路の加熱が可能なること
を確認している。 同時に、ヒータ電極を被覆することによって大気から
遮断できるため、ヒータ電極の酸化や機械的損傷も避け
ることができる。 従って本発明により、光導波路の加熱および放熱効率
がよくまた安定した特性を備えた温度制御型光スイッチ
ング素子が提供できる。 〔実施例〕 以下添付図により本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明になる光スイッチング素子の一実施例を
示す。 第１図で、１はシリコンよりなる導波路基板であっ
て、その表面にチタン（Ti）を添加した酸化珪素（Si
O2）をスパッタリング等の手段でパターン蒸着して熱拡
散し、いわゆるチャンネル型の光導波路２を形成し、更
にその表面全面に例えばSiO2からなる厚さ数μｍ程度の
絶縁性を有するバッファ層４を形成する。 更にバッファ層４の表面で光導波路２の直上もしくは
極く近傍に、例えば幅が数μm,厚さ数1000Åの金（Au）
薄膜からなるヒータ電極３を、蒸着等の手段を用いて配
設する。 次いで電気的絶縁層５として上記ヒータ電極３を被覆
する如くに、バッファ層４表面をシリコン（Si），ゲル
マニウム（Ge）等の半導体を1000〜2000Å程度の厚さ
に、通常の化学気相成長（CVD）法，あるいはその他の
薄膜技術を用いて形成する。 尚、上記のSi,Ge等の半導体による電気的絶縁層５の
代わりに、SiO2,Al2O3等の誘電体を数10〜1000Å程度の
厚さに形成した場合も、その厚さが薄いために熱伝導性
が向上して上記半導体層と同等の放熱効果を呈する電気
的絶縁層５となることを確認している。 ここで発熱分の放熱効果を高めるための放熱突起を形
成する。 すなわち、電気的絶縁層５の表面上の光導波路部分に
所定の間隔をおいて、化学的に安定し且つ価格的にも安
いアルミニウム（Al）等の金属を、通常のパターニング
によるメッキ方法によって数μｍ角程度で５μｍ位の厚
さに形成している。 〔発明の効果〕 上述の如く本発明になる光スイッチング素子によれ
ば、ヒータ電極が大気と遮断されているために特性的に
安定した光導波路を得ることができると共に、ヒータ電
極がON状態のときに発生した熱はOFF状態で放熱突起に
よって強制的に放出されるために、高速スイッチングが
可能な光スイッチング素子を提供することができる。
イッチに関し、 ヒータ電極の酸化防止と導波路の効果的な放熱を目的
とし、 基板表面で、かつ該基板の内部に形成された光導波路
と、該光導波路上に形成されたバッファ層を介して該導
波路上に形成されたヒータ電極と、該ヒータ電極を覆う
半導体物質または誘電体物質からなる電気的絶縁層と、
該電気的絶縁層上で該ヒータ電極に対応する領域に形成
された金属からなる放熱突起とを有するように構成す
る。 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光通信装置における光導波路に係り、特に
基板表面に熱拡散によって形成された光導波路の高速ス
イッチング特性の向上を図った温度制御型光スイッチに
関する。 従来、光通信装置ではレンズやバルク素子等の組合せ
によって光導波路を形成しているが、最近ではシリコン
基板上にスパッタリング等の手段でチタン（Ti）を添加
した酸化珪素（SiO2）をパターン形成して熱拡散する方
法や、ソーダガラス上にアルミニウム（Al）等でパター
ン化したマスクを形成しこれを硝酸塩でイオン交換して
部分的に屈折率を高める事で導波路を形成する方法等が
用いられている。 このような光導波路では、導波路を部分的に加熱する
と導波路が有する熱光効果によって加熱された部分の屈
折率が変化し実効光路長が変わるために、光導波路を例
えばマッハツェンダ型導波路に構成して導波路型光調器
を、またバランスブリッジ型導波路構成とすることで光
スイッチを形成することができる。 この場合、上記導波路型光スイッチを1ms以下μｓレ
ベルで高速スイッチングさせるためには、効果的に導波
路を加熱しなければならないことは勿論であるが、スイ
ッチング速度が主として放熱速度で決まるためにスイッ
チ速度を高めるために熱の放出速度を高める工夫が必要
とされる。 一方従来の光導波路ではヒータ電極が露出した形状を
とっているために、露出したヒータ電極の酸化によって
光導波路として特性の劣化を来たす等の問題がありその
解決が望まれている。 〔従来の技術〕 第２図は、従来の光導波路とヒータ近傍の構造を示す
断面図である。 図において、例えばソーダガラスよりなる導波路基板
１表面上にAlをパターン化してマスクし、硝酸銀中でイ
オン交換して幅，深さとも数μｍ程度の光導波路２を形
成している。ここで該光導波路２に近接させて金（Au）
薄膜よりなるヒータ電極３を設ける必要があるが、光導
波路２の上に直接ヒータ電極３を形成すると該電極３に
よって光が吸収されて伝送される光に損失を生じるため
に、導波路基板１および光導波路２の表面を絶縁性材料
例えば酸化アルミニウム（Al2O3）または二酸化珪素（S
iO2）等からなるバッファ層４で被覆し、該バッファ層
４の上に厚さ数1000Åのヒータ電極３を蒸着等の手段を
用いて形成している。 ここで上記ヒータ電極３に通電して導波路基板１の光
導波路２部分を加熱し、導波路型光スイッチを形成して
いる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の光導波路のヒータ電極は、露出した状態にあ
る。 従って露出したヒータ電極が酸化し光導波路ひいては
導波路型光スイッチとしての特性劣化を来たすと云う問
題があり、また平面的表面からの熱の放出効率が悪いた
めにスイッチング速度を向上することができないと云う
問題があった。 更に光導波路の加熱，冷却の繰り返しが、ヒータ電
極，バッファ層，光導波路間の密着性を劣化させ、場合
によっては相互間で剥離を生ずる等の問題があった。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点は、基板表面で、かつ該基板の内部に形成
された光導波路と、該光導波路上に形成されたバッファ
層を介して該導波路上に形成されたヒータ電極と、該ヒ
ータ電極を覆う半導体物質または誘電体物質からなる電
気的絶縁層と、該電気的絶縁層上で該ヒータ電極に対応
する領域に形成された金属からなる放熱突起とを有する
光スイッチング素子によって解決される。 〔作 用〕 1ms以下μｓレベルの高速スイッチングを行う導波路
型光スイッチの場合には、ヒータ電極で発生した熱をOF
Fの状態で効率よく強制的に大気中に放出することが必
要である。 スイッチのON状態で発生した熱をOFF状態で強制的に
大気中に放出するには、熱放出面積を大きくするための
突起を上記の熱伝導性を有する電気的絶縁層の表面に付
加する手段が極めて有効であり、これによって更に高速
のスイッチングができる光導波路の加熱が可能なること
を確認している。 同時に、ヒータ電極を被覆することによって大気から
遮断できるため、ヒータ電極の酸化や機械的損傷も避け
ることができる。 従って本発明により、光導波路の加熱および放熱効率
がよくまた安定した特性を備えた温度制御型光スイッチ
ング素子が提供できる。 〔実施例〕 以下添付図により本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明になる光スイッチング素子の一実施例を
示す。 第１図で、１はシリコンよりなる導波路基板であっ
て、その表面にチタン（Ti）を添加した酸化珪素（Si
O2）をスパッタリング等の手段でパターン蒸着して熱拡
散し、いわゆるチャンネル型の光導波路２を形成し、更
にその表面全面に例えばSiO2からなる厚さ数μｍ程度の
絶縁性を有するバッファ層４を形成する。 更にバッファ層４の表面で光導波路２の直上もしくは
極く近傍に、例えば幅が数μm,厚さ数1000Åの金（Au）
薄膜からなるヒータ電極３を、蒸着等の手段を用いて配
設する。 次いで電気的絶縁層５として上記ヒータ電極３を被覆
する如くに、バッファ層４表面をシリコン（Si），ゲル
マニウム（Ge）等の半導体を1000〜2000Å程度の厚さ
に、通常の化学気相成長（CVD）法，あるいはその他の
薄膜技術を用いて形成する。 尚、上記のSi,Ge等の半導体による電気的絶縁層５の
代わりに、SiO2,Al2O3等の誘電体を数10〜1000Å程度の
厚さに形成した場合も、その厚さが薄いために熱伝導性
が向上して上記半導体層と同等の放熱効果を呈する電気
的絶縁層５となることを確認している。 ここで発熱分の放熱効果を高めるための放熱突起を形
成する。 すなわち、電気的絶縁層５の表面上の光導波路部分に
所定の間隔をおいて、化学的に安定し且つ価格的にも安
いアルミニウム（Al）等の金属を、通常のパターニング
によるメッキ方法によって数μｍ角程度で５μｍ位の厚
さに形成している。 〔発明の効果〕 上述の如く本発明になる光スイッチング素子によれ
ば、ヒータ電極が大気と遮断されているために特性的に
安定した光導波路を得ることができると共に、ヒータ電
極がON状態のときに発生した熱はOFF状態で放熱突起に
よって強制的に放出されるために、高速スイッチングが
可能な光スイッチング素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明になる光スイッチング素子の一実施例、
第２図は従来の光導波路のヒータ近傍の構造を示す断面
図、 である。図で、 １は導波路基板、 ２は光導波路、 ３はヒータ電極、 ４はバッファ層、 ５は電気的絶縁層、 ６は放熱突起、 をそれぞれ表している。
図、 である。図で、 １は導波路基板、 ２は光導波路、 ３はヒータ電極、 ４はバッファ層、 ５は電気的絶縁層、 ６は放熱突起、 をそれぞれ表している。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．基板表面で、かつ該基板の内部に形成された光導波
路と、 該光導波路上に形成されたバッファ層を介して該導波路
上に形成されたヒータ電極と、 該ヒータ電極を覆う半導体物質または誘電体物質からな
る電気的絶縁層と、 該電気的絶縁層上で該ヒータ電極に対応する領域に形成
された金属からなる放熱突起とを有することを特徴とす
る光スイッチング素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62185852A JP2687362B2 (ja) | 1987-07-24 | 1987-07-24 | 光スイッチング素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62185852A JP2687362B2 (ja) | 1987-07-24 | 1987-07-24 | 光スイッチング素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6429815A JPS6429815A (en) | 1989-01-31 |
| JP2687362B2 true JP2687362B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=16178007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62185852A Expired - Fee Related JP2687362B2 (ja) | 1987-07-24 | 1987-07-24 | 光スイッチング素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687362B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7330630B2 (en) | 2005-09-21 | 2008-02-12 | Hitachi Cable, Inc. | Waveguide type variable optical attenuator |
| JP2023549421A (ja) * | 2020-12-07 | 2023-11-24 | アワーズ テクノロジー リミテッド ライアビリティー カンパニー | 光学装置の放熱 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0634925A (ja) * | 1992-07-20 | 1994-02-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光導波回路装置 |
| JP2619198B2 (ja) * | 1993-06-17 | 1997-06-11 | 沖電気工業株式会社 | 光切替えスイッチモジュールにおける光導波路基板の実装構造 |
| JP4548586B2 (ja) | 2004-08-04 | 2010-09-22 | ブラザー工業株式会社 | 画像記録装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5013058A (ja) * | 1973-06-04 | 1975-02-10 | ||
| JPS5855914A (ja) * | 1981-09-30 | 1983-04-02 | Ricoh Co Ltd | 光スイツチ |
| JPS5858524A (ja) * | 1981-10-02 | 1983-04-07 | Ricoh Co Ltd | 光スイツチ |
| JPS58125024A (ja) * | 1982-01-20 | 1983-07-25 | Omron Tateisi Electronics Co | ２次元光偏向器 |
-
1987
- 1987-07-24 JP JP62185852A patent/JP2687362B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7330630B2 (en) | 2005-09-21 | 2008-02-12 | Hitachi Cable, Inc. | Waveguide type variable optical attenuator |
| JP2023549421A (ja) * | 2020-12-07 | 2023-11-24 | アワーズ テクノロジー リミテッド ライアビリティー カンパニー | 光学装置の放熱 |
| JP7412671B2 (ja) | 2020-12-07 | 2024-01-15 | オーロラ・オペレイションズ・インコーポレイティッド | 光学装置の放熱 |
| JP2024026292A (ja) * | 2020-12-07 | 2024-02-28 | オーロラ・オペレイションズ・インコーポレイティッド | 光学装置の放熱 |
| US11953628B2 (en) | 2020-12-07 | 2024-04-09 | Aurora Operations, Inc. | Heat dissipation in an optical device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6429815A (en) | 1989-01-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |