JP3077719B2 - 熱光学位相シフタ - Google Patents
熱光学位相シフタInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光導波回路部品に関する
ものであり、さらに詳細には、基板上に配置された単一
モードガラス光導波路の光路長を調節するための熱光学
位相シフタに関するものである。
ものであり、さらに詳細には、基板上に配置された単一
モードガラス光導波路の光路長を調節するための熱光学
位相シフタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、平面基板上に製作される単一モー
ド光導波路、特に、シリコン基板上に作製可能な石英系
ガラス単一モード光導波路は、そのコア部の断面寸法を
通常使用されている単一モード光ファイバに合わせて５
〜１０μｍ程度に設定することができるため、光ファイ
バとの整合性に優れた実用的な導波路型光部品の実現手
段として期待されている（例えば、河内正夫：「石英系
光導波路と集積光部品への応用」光学、ｖｏｌ．１８
（１９８９），ｐｐ．６８１−６８６参照）。
ド光導波路、特に、シリコン基板上に作製可能な石英系
ガラス単一モード光導波路は、そのコア部の断面寸法を
通常使用されている単一モード光ファイバに合わせて５
〜１０μｍ程度に設定することができるため、光ファイ
バとの整合性に優れた実用的な導波路型光部品の実現手
段として期待されている（例えば、河内正夫：「石英系
光導波路と集積光部品への応用」光学、ｖｏｌ．１８
（１９８９），ｐｐ．６８１−６８６参照）。
【０００３】とりわけ、石英系ガラス単一モード光導波
路により構成される導波路型光干渉計は、単一モード光
ファイバ通信用や光センサ用の重要な光部品、例えば、
導波路型光合分波器、光スイッチ等として期待されてい
る。
路により構成される導波路型光干渉計は、単一モード光
ファイバ通信用や光センサ用の重要な光部品、例えば、
導波路型光合分波器、光スイッチ等として期待されてい
る。
【０００４】導波路型光干渉計の分野においては、伝搬
光の位相を調節する機構を光導波路に具備させることが
必要である。
光の位相を調節する機構を光導波路に具備させることが
必要である。
【０００５】図１に、熱光学位相シフタとそれを用いた
（２×２）導波路型熱光学スイッチの概略構成図を示
す。図１の（ａ）は平面図であり、図１の（ｂ）は図１
の（ａ）のＡ−Ａ′線における拡大断面図である。ここ
で、１はシリコン基板、２，３は石英系ガラスからなる
コア部、４はコア部２，３を覆っているクラッド層、
５，６は２本の光導波路が近接してなる３ｄＢ方向性結
合器、７はコア部２の上のクラッド層４の表面に形成さ
れた薄膜ヒータ、８ａ，８ｂは薄膜ヒータ７へ給電する
ための電気配線パッド部である。
（２×２）導波路型熱光学スイッチの概略構成図を示
す。図１の（ａ）は平面図であり、図１の（ｂ）は図１
の（ａ）のＡ−Ａ′線における拡大断面図である。ここ
で、１はシリコン基板、２，３は石英系ガラスからなる
コア部、４はコア部２，３を覆っているクラッド層、
５，６は２本の光導波路が近接してなる３ｄＢ方向性結
合器、７はコア部２の上のクラッド層４の表面に形成さ
れた薄膜ヒータ、８ａ，８ｂは薄膜ヒータ７へ給電する
ための電気配線パッド部である。
【０００６】以上のような構成において、薄膜ヒータ７
を駆動しない状態では入力ポート２ａから入射した光は
光クロスポートとして出力ポート３ｂから出力される。
この状態で薄膜ヒータ７に通電し、クラッド層４を介し
てコア部２を加熱すると、石英系ガラスのいわゆる熱光
学効果（Ｔｈｅｒｍｏ−ｏｐｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔ）に
より、コア部２の屈折率が増加し、薄膜ヒータ７の下部
の実効的な屈折率が変化し、伝搬光の位相を変化させる
ことができる（Ｍ．Ｈａｒｕｎａ，“Ｔｈｅｒｍｏｏｐ
ｔｉｃ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ”，ＪＡ
ＲＥＣＴ，ｖｏｌ．１７，オーム社，ｐｐ．６９〜８
１）。石英系ガラスの屈折率温度係数ｄｎ／ｄＴ（ｎ：
屈折率、Ｔ：温度）は１０-5（１／℃）程度であるか
ら、５ｍｍの長さにわたって光導波路の温度を１５℃上
昇させると、光路長を０．７５μｍだけ変化させること
ができ、これは、例えば、波長１．５μｍの伝搬光に対
しては、半波長すなわちπラジアンの位相シフトを与え
ることに相当する。この時、熱光学位相シフタのない導
波路を伝搬してきた光と熱光学位相シフタを伝搬してき
た光とで位相差がπになり、入力ポート３ａから入射し
た光は結果としてスルーポートとして出力ポート２ｂか
ら出力される。
を駆動しない状態では入力ポート２ａから入射した光は
光クロスポートとして出力ポート３ｂから出力される。
この状態で薄膜ヒータ７に通電し、クラッド層４を介し
てコア部２を加熱すると、石英系ガラスのいわゆる熱光
学効果（Ｔｈｅｒｍｏ−ｏｐｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔ）に
より、コア部２の屈折率が増加し、薄膜ヒータ７の下部
の実効的な屈折率が変化し、伝搬光の位相を変化させる
ことができる（Ｍ．Ｈａｒｕｎａ，“Ｔｈｅｒｍｏｏｐ
ｔｉｃ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ”，ＪＡ
ＲＥＣＴ，ｖｏｌ．１７，オーム社，ｐｐ．６９〜８
１）。石英系ガラスの屈折率温度係数ｄｎ／ｄＴ（ｎ：
屈折率、Ｔ：温度）は１０-5（１／℃）程度であるか
ら、５ｍｍの長さにわたって光導波路の温度を１５℃上
昇させると、光路長を０．７５μｍだけ変化させること
ができ、これは、例えば、波長１．５μｍの伝搬光に対
しては、半波長すなわちπラジアンの位相シフトを与え
ることに相当する。この時、熱光学位相シフタのない導
波路を伝搬してきた光と熱光学位相シフタを伝搬してき
た光とで位相差がπになり、入力ポート３ａから入射し
た光は結果としてスルーポートとして出力ポート２ｂか
ら出力される。
【０００７】上述した熱光学効果を利用した位相制御
は、顕著な電気光学効果を有さない石英系ガラス光導波
路の位相制御手段として有効である。
は、顕著な電気光学効果を有さない石英系ガラス光導波
路の位相制御手段として有効である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
熱光学位相シフタには実用上次のような問題点があっ
た。
熱光学位相シフタには実用上次のような問題点があっ
た。
【０００９】従来、薄膜ヒータ７としては抵抗温度係数
の小さなＣｒが使われてきた。しかし、対称マッハツェ
ンダ干渉計の一方のアーム導波路に熱光学位相シフタを
配置した熱光学スイッチにおけるスイッチ電力の環境温
度依存性を測定したところ、環境温度が上昇すると図２
に示すように、スイッチ電力が小さくなることがわかっ
た。この時、薄膜ヒータの温度係数は−２×１０-3（ｌ
／℃）であった。ここで、上述の熱光学スイッチがスイ
ッチングするのは、マッハツェンダ干渉計の２本のアー
ム導波路でλ／２（λ：光の波長）の光路長差が生じた
時であり、すなわち、熱光学位相シフタにスイッチ電力
を供給した時に光路長がλ／２だけ変化する。従って、
図２は、同じλ／２という光路長の変化を生ずるスイッ
チ電力が環境温度の上昇によって小さくて済むことを意
味する。
の小さなＣｒが使われてきた。しかし、対称マッハツェ
ンダ干渉計の一方のアーム導波路に熱光学位相シフタを
配置した熱光学スイッチにおけるスイッチ電力の環境温
度依存性を測定したところ、環境温度が上昇すると図２
に示すように、スイッチ電力が小さくなることがわかっ
た。この時、薄膜ヒータの温度係数は−２×１０-3（ｌ
／℃）であった。ここで、上述の熱光学スイッチがスイ
ッチングするのは、マッハツェンダ干渉計の２本のアー
ム導波路でλ／２（λ：光の波長）の光路長差が生じた
時であり、すなわち、熱光学位相シフタにスイッチ電力
を供給した時に光路長がλ／２だけ変化する。従って、
図２は、同じλ／２という光路長の変化を生ずるスイッ
チ電力が環境温度の上昇によって小さくて済むことを意
味する。
【００１０】この原因を別の実験で調べたところ、図３
に示されるようにシリコン基板上の石英系ガラス導波路
の単位光路長の温度係数（１／（ｎＬ））・ｄ（ｎＬ）
／ｄＴが環境温度と共に２×１０-3（１／℃）の割合で
増加することがわかった。ここで、導波路の光路長とは
光にとって感じられる長さで、屈折率ｎ×導波路の長さ
Ｌを意味する。
に示されるようにシリコン基板上の石英系ガラス導波路
の単位光路長の温度係数（１／（ｎＬ））・ｄ（ｎＬ）
／ｄＴが環境温度と共に２×１０-3（１／℃）の割合で
増加することがわかった。ここで、導波路の光路長とは
光にとって感じられる長さで、屈折率ｎ×導波路の長さ
Ｌを意味する。
【００１１】上述のように、スイッチ電力が環境温度に
よって変化するために、ある環境温度における薄膜ヒー
タへの印加電力を最適なスイッチ電力に調節しても、環
境温度が変化すると薄膜ヒータへの印加電力がスイッチ
電力からずれるという問題があった。例えば、２０℃に
おいて最適なスイッチ電力を与えるよう電源電圧を設定
しても環境温度が０℃以下または４０℃以上になると、
図４に示されるようにクロストークが−２５ｄＢを越え
てしまう。ここで、薄膜ヒータにはＣｒ薄膜を用いた。
Ｃｒからなる薄膜ヒータの抵抗の温度係数は２×１０-4
（１／℃）であった。
よって変化するために、ある環境温度における薄膜ヒー
タへの印加電力を最適なスイッチ電力に調節しても、環
境温度が変化すると薄膜ヒータへの印加電力がスイッチ
電力からずれるという問題があった。例えば、２０℃に
おいて最適なスイッチ電力を与えるよう電源電圧を設定
しても環境温度が０℃以下または４０℃以上になると、
図４に示されるようにクロストークが−２５ｄＢを越え
てしまう。ここで、薄膜ヒータにはＣｒ薄膜を用いた。
Ｃｒからなる薄膜ヒータの抵抗の温度係数は２×１０-4
（１／℃）であった。
【００１２】熱光学スイッチとして正常に機能する条件
を、クロストークが−２５ｄＢ以下であることと考える
と、その温度範囲は最適なスイッチ電圧を与えた温度Ｔ
0 を中心にＴ0 ±２０℃となる。つまり、従来の石英系
ガラス導波路型熱光学スイッチは、スイッチ電力の環境
温度依存性のためにある限られた環境温度範囲内でしか
機能しないという問題点があった。
を、クロストークが−２５ｄＢ以下であることと考える
と、その温度範囲は最適なスイッチ電圧を与えた温度Ｔ
0 を中心にＴ0 ±２０℃となる。つまり、従来の石英系
ガラス導波路型熱光学スイッチは、スイッチ電力の環境
温度依存性のためにある限られた環境温度範囲内でしか
機能しないという問題点があった。
【００１３】この問題を解決する一手法として、電源と
薄膜ヒータの間に外付けの温度補償器を入れて薄膜ヒー
タへの供給電力が常に最適な電力になるように調節する
方法が「Ｂ−１０３５ 光映像分配システムの多チャン
ネル化へ向けた宅内選択装置の一検討」１９９２年電子
情報通信学会春期大会予稿集４−１８７に報告されてい
る。しかしながら、この方法は個々のスイッチに対して
複雑な電源回路を必要とするため、複数のスイッチが集
積化された場合に不適切であるという問題点があった。
薄膜ヒータの間に外付けの温度補償器を入れて薄膜ヒー
タへの供給電力が常に最適な電力になるように調節する
方法が「Ｂ−１０３５ 光映像分配システムの多チャン
ネル化へ向けた宅内選択装置の一検討」１９９２年電子
情報通信学会春期大会予稿集４−１８７に報告されてい
る。しかしながら、この方法は個々のスイッチに対して
複雑な電源回路を必要とするため、複数のスイッチが集
積化された場合に不適切であるという問題点があった。
【００１４】そこで、本発明の目的は、環境温度に依存
しない石英系ガラス導波路型熱光学スイッチを可能にす
る熱光学位相シフタを提供することにある。
しない石英系ガラス導波路型熱光学スイッチを可能にす
る熱光学位相シフタを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の熱光学位相シフタは、基板と、該基
板上にコア部をクラッド層により覆って設けられたガラ
ス光導波路と、該ガラス光導波路近傍に配置された薄膜
ヒータとからなる熱光学位相シフタであって、前記薄膜
ヒータの抵抗温度係数が１×１０-3から３×１０-3（ｌ
／℃）の範囲内にあることを特徴とする。
るために、本発明の熱光学位相シフタは、基板と、該基
板上にコア部をクラッド層により覆って設けられたガラ
ス光導波路と、該ガラス光導波路近傍に配置された薄膜
ヒータとからなる熱光学位相シフタであって、前記薄膜
ヒータの抵抗温度係数が１×１０-3から３×１０-3（ｌ
／℃）の範囲内にあることを特徴とする。
【００１６】
【作用】本発明によれば、熱光学位相シフタを定電圧源
で駆動することにより、環境温度に依存せず広い温度範
囲で機能する石英系ガラス導波路型熱光学スイッチが実
現することができる。
で駆動することにより、環境温度に依存せず広い温度範
囲で機能する石英系ガラス導波路型熱光学スイッチが実
現することができる。
【００１７】つまり、環境温度が上昇すると、石英系ガ
ラス導波路の光路長の温度係数（１／（ｎＬ））・ｄ
（ｎＬ）／ｄＴが増加する。これによってスイッチ電力
は小さく済むようになる。本発明の熱光学位相シフタ
は、（１／（ｎＬ））・ｄ（ｎＬ）／ｄＴの温度依存性
と同じ割合で薄膜ヒータの抵抗が増加する。この薄膜ヒ
ータを定電圧源で駆動しておけば、抵抗の増加と共に流
れる電流が減少して、常に最適なスイッチ電力を与える
ことができる。
ラス導波路の光路長の温度係数（１／（ｎＬ））・ｄ
（ｎＬ）／ｄＴが増加する。これによってスイッチ電力
は小さく済むようになる。本発明の熱光学位相シフタ
は、（１／（ｎＬ））・ｄ（ｎＬ）／ｄＴの温度依存性
と同じ割合で薄膜ヒータの抵抗が増加する。この薄膜ヒ
ータを定電圧源で駆動しておけば、抵抗の増加と共に流
れる電流が減少して、常に最適なスイッチ電力を与える
ことができる。
【００１８】光スイッチのような汎用部品は、使用環境
温度に依存せずに機能することが極めて重要であり、本
発明によって石英系ガラス導波路型熱光学スイッチは汎
用部品として広く使用されることが可能となる。本発明
の熱光学位相シフタはシリコン基板上の石英系ガラスの
光路長温度係数（１／（ｎＬ））・ｄ（ｎＬ）／ｄＴが
室温付近で約２×１０-3（ｌ／℃）の割合で増加する。
温度に依存せずに機能することが極めて重要であり、本
発明によって石英系ガラス導波路型熱光学スイッチは汎
用部品として広く使用されることが可能となる。本発明
の熱光学位相シフタはシリコン基板上の石英系ガラスの
光路長温度係数（１／（ｎＬ））・ｄ（ｎＬ）／ｄＴが
室温付近で約２×１０-3（ｌ／℃）の割合で増加する。
【００１９】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００２０】図１に示した構成の光導波路の構造の諸元
は種々に定めることができるが、ここでは以下の通りに
定めた。すなわち、シリコン基板１の厚さを１ｍｍ、ク
ラッド層３の厚さを５０μｍ、コア部２の断面寸法を８
μｍ×８μｍ、コアとクラッド層と間の比屈折率差を
０．３％とした。
は種々に定めることができるが、ここでは以下の通りに
定めた。すなわち、シリコン基板１の厚さを１ｍｍ、ク
ラッド層３の厚さを５０μｍ、コア部２の断面寸法を８
μｍ×８μｍ、コアとクラッド層と間の比屈折率差を
０．３％とした。
【００２１】このような石英系光導波路構造は、ＳｉＣ
ｌ4 ，ＴｉＣｌ4 などの原料ガスの火炎加水分解反応を
利用したガラス膜の堆積法と反応性イオンエッチング法
との公知の組み合わせにより作製される。薄膜ヒータは
以下に挙げる各種の金属を真空蒸着法で付着させた。そ
のパターン化については、フォトリソグラフィ法によっ
てパターン化したレジストの上から金属の真空蒸着を行
い、その後にレジストを有機溶剤中に浸漬することによ
り剥離するリフトオフ法を用いた。
ｌ4 ，ＴｉＣｌ4 などの原料ガスの火炎加水分解反応を
利用したガラス膜の堆積法と反応性イオンエッチング法
との公知の組み合わせにより作製される。薄膜ヒータは
以下に挙げる各種の金属を真空蒸着法で付着させた。そ
のパターン化については、フォトリソグラフィ法によっ
てパターン化したレジストの上から金属の真空蒸着を行
い、その後にレジストを有機溶剤中に浸漬することによ
り剥離するリフトオフ法を用いた。
【００２２】図３に示すようにシリコン基板上の石英系
ガラス導波路の光路長温度係数（１／（ｎＬ））・ｄ
（ｎＬ）／ｄＴは２×１０-3（１／℃）の割合で環境温
度と共に増加する。正確には光路長温度係数が以下の温
度の関数として与えられる。
ガラス導波路の光路長温度係数（１／（ｎＬ））・ｄ
（ｎＬ）／ｄＴは２×１０-3（１／℃）の割合で環境温
度と共に増加する。正確には光路長温度係数が以下の温
度の関数として与えられる。
【００２３】
【数１】 (1/(nL))・d(nL)/dT ＝ 1.0×10-5＋ 2×10-8×T (1/℃) この結果は図２に示したようにスイッチングに必要な電
力が環境温度と共に小さくなる。これは、環境温度が高
くなることによって１℃あたりの単位光路長の伸び、
（１／（ｎＬ））・ｄ（ｎＬ）／ｄＴが大きくなり、そ
の結果としてπラジアン位相をシフトさせるためのスイ
ッチ電力が小さくて済むようになったと解釈することが
できる。
力が環境温度と共に小さくなる。これは、環境温度が高
くなることによって１℃あたりの単位光路長の伸び、
（１／（ｎＬ））・ｄ（ｎＬ）／ｄＴが大きくなり、そ
の結果としてπラジアン位相をシフトさせるためのスイ
ッチ電力が小さくて済むようになったと解釈することが
できる。
【００２４】一般に、このような熱光学スイッチは定電
圧源で駆動する。従って、薄膜抵抗の温度係数が約２×
１０-3（１／℃）であれば、一定の駆動電圧で環境温度
によらず常に最適なスイッチ電力を与えることができ
る。
圧源で駆動する。従って、薄膜抵抗の温度係数が約２×
１０-3（１／℃）であれば、一定の駆動電圧で環境温度
によらず常に最適なスイッチ電力を与えることができ
る。
【００２５】電源電圧を２０℃で最適化した後、環境温
度を変化させてクロストークがどのように変化するかを
いくつかの薄膜ヒータ温度係数に関しての計算結果を図
５に示す。ここで、薄膜ヒータの抵抗温度係数を０〜４
×１０-3（ｌ／℃）変化させて計算を行った。図６は薄
膜抵抗の温度係数に対して熱光学スイッチが機能する使
用可能温度範囲幅を示したものである。ただし、使用可
能温度範囲幅はスイッチストロークが−２５ｄＢ以下と
なる温度範囲幅である。以上の結果よりわかるように、
定電圧源を用いて熱光学スイッチを駆動する場合は、薄
膜ヒータの抵抗が２×１０-3（１／℃）程度の抵抗温度
係数であれば熱光学スイッチの使用可能温度範囲が大幅
に広くなる。
度を変化させてクロストークがどのように変化するかを
いくつかの薄膜ヒータ温度係数に関しての計算結果を図
５に示す。ここで、薄膜ヒータの抵抗温度係数を０〜４
×１０-3（ｌ／℃）変化させて計算を行った。図６は薄
膜抵抗の温度係数に対して熱光学スイッチが機能する使
用可能温度範囲幅を示したものである。ただし、使用可
能温度範囲幅はスイッチストロークが−２５ｄＢ以下と
なる温度範囲幅である。以上の結果よりわかるように、
定電圧源を用いて熱光学スイッチを駆動する場合は、薄
膜ヒータの抵抗が２×１０-3（１／℃）程度の抵抗温度
係数であれば熱光学スイッチの使用可能温度範囲が大幅
に広くなる。
【００２６】実施例１ 熱光学位相シフタの薄膜ヒータとして導波路上部のオー
バークラッド層の表面にＮｉ薄膜を２０００Åの厚さに
真空スパッタリング法で作製した。薄膜ヒータのパター
ンの幅を５０μｍ、長さを５ｍｍとした。この時の電気
抵抗は５３０Ωであった。また、２０℃における抵抗温
度係数を測定したところ、２．６×１０-3（１／℃）で
あった。この熱光学位相シフタを用いた導波路型熱光学
スイッチのクロストークと環境温度との関係を図７に示
す。ここで、定電圧源の電圧を２０℃で最適なスイッチ
ングが行われるように設定した。図７からわかるように
定電圧電源で駆動した場合、スイッチングを行った時の
クロストークが−２５ｄＢ以下を確保できる温度範囲幅
が従来のＣｒを用いた時の４０℃に比べて約６０℃も広
い１００℃である。
バークラッド層の表面にＮｉ薄膜を２０００Åの厚さに
真空スパッタリング法で作製した。薄膜ヒータのパター
ンの幅を５０μｍ、長さを５ｍｍとした。この時の電気
抵抗は５３０Ωであった。また、２０℃における抵抗温
度係数を測定したところ、２．６×１０-3（１／℃）で
あった。この熱光学位相シフタを用いた導波路型熱光学
スイッチのクロストークと環境温度との関係を図７に示
す。ここで、定電圧源の電圧を２０℃で最適なスイッチ
ングが行われるように設定した。図７からわかるように
定電圧電源で駆動した場合、スイッチングを行った時の
クロストークが−２５ｄＢ以下を確保できる温度範囲幅
が従来のＣｒを用いた時の４０℃に比べて約６０℃も広
い１００℃である。
【００２７】実施例２ 熱光学位相シフタの薄膜ヒータとして導波路上部のオー
バークラッド層の表面にＰｔ薄膜を２０００Åに真空蒸
着法を用いて作製した。薄膜ヒータのパターンの幅を５
０μｍ、長さを５ｍｍとした。この時の電気抵抗は４０
０Ωであった。また、２０℃における抵抗温度係数を測
定したところ、１．５×１０-3（１／℃）であった。こ
の時の熱光学スイッチのクロストークと環境温度との関
係を図８に示す。ここで、定電圧源の電圧は２０℃で最
適なスイッチが行われるように設定した。図８からわか
るように定電圧電源で駆動した場合、スイッチングを行
った時のクロストークが−２５ｄＢ以下を確保できる温
度範囲が１４０℃以上である。
バークラッド層の表面にＰｔ薄膜を２０００Åに真空蒸
着法を用いて作製した。薄膜ヒータのパターンの幅を５
０μｍ、長さを５ｍｍとした。この時の電気抵抗は４０
０Ωであった。また、２０℃における抵抗温度係数を測
定したところ、１．５×１０-3（１／℃）であった。こ
の時の熱光学スイッチのクロストークと環境温度との関
係を図８に示す。ここで、定電圧源の電圧は２０℃で最
適なスイッチが行われるように設定した。図８からわか
るように定電圧電源で駆動した場合、スイッチングを行
った時のクロストークが−２５ｄＢ以下を確保できる温
度範囲が１４０℃以上である。
【００２８】実施例３ 熱光学位相シフタの薄膜ヒータとして導波路上部のオー
バークラッド層表面にＲｈ薄膜を２０００Åに真空蒸着
法で形成した。薄膜ヒータのパターンの幅を５０μｍ、
長さを５ｍｍとした。この時の電気抵抗は４５０Ωであ
った。また２０℃における抵抗温度係数を測定したとこ
ろ、１．８×１０-3（ｌ／℃）であった。この時の熱光
学スイッチのクロストークと環境温度との関係を図９に
示す。ここで、定電圧源の電圧は２０℃で最適なスイッ
チが行われるように設定した。図９からわかるように定
電圧電源で駆動した場合、スイッチングを行った時のク
ロストークが−２５ｄＢ以下を確保できる温度範囲幅は
従来のＣｒを用いた時に比べて十分に広い。
バークラッド層表面にＲｈ薄膜を２０００Åに真空蒸着
法で形成した。薄膜ヒータのパターンの幅を５０μｍ、
長さを５ｍｍとした。この時の電気抵抗は４５０Ωであ
った。また２０℃における抵抗温度係数を測定したとこ
ろ、１．８×１０-3（ｌ／℃）であった。この時の熱光
学スイッチのクロストークと環境温度との関係を図９に
示す。ここで、定電圧源の電圧は２０℃で最適なスイッ
チが行われるように設定した。図９からわかるように定
電圧電源で駆動した場合、スイッチングを行った時のク
ロストークが−２５ｄＢ以下を確保できる温度範囲幅は
従来のＣｒを用いた時に比べて十分に広い。
【００２９】実施例４ 熱光学位相シフタの薄膜ヒータとして導波路上部のオー
バークラッド層の表面にＡｕ／Ｃｒ薄膜をそれぞれＣｒ
を３００Å、Ａｕを１０００Åの厚さに真空蒸着法で作
製した。これはオーバークラッドガラスと密着性の良い
Ｃｒの上にＡｕを連続蒸着したものである。薄膜ヒータ
のパターンの幅を５０μｍ、長さを５ｍｍとした。この
時の電気抵抗は７０Ωであった。また、２０℃における
抵抗温度係数を測定したところ、１．６×１０-3（ｌ／
℃）であった。この時の熱光学スイッチのクロストーク
と環境温度との関係を図１０に示す。ここで、定電圧源
の電圧は２０℃で最適なスイッチが行われるように設定
した。図１０からわかるように定電圧電源で駆動した場
合、スイッチングを行った時のクロストークが−２５ｄ
Ｂ以下を確保できる温度範囲幅は従来のＣｒを用いた時
に比べて十分に広い。
バークラッド層の表面にＡｕ／Ｃｒ薄膜をそれぞれＣｒ
を３００Å、Ａｕを１０００Åの厚さに真空蒸着法で作
製した。これはオーバークラッドガラスと密着性の良い
Ｃｒの上にＡｕを連続蒸着したものである。薄膜ヒータ
のパターンの幅を５０μｍ、長さを５ｍｍとした。この
時の電気抵抗は７０Ωであった。また、２０℃における
抵抗温度係数を測定したところ、１．６×１０-3（ｌ／
℃）であった。この時の熱光学スイッチのクロストーク
と環境温度との関係を図１０に示す。ここで、定電圧源
の電圧は２０℃で最適なスイッチが行われるように設定
した。図１０からわかるように定電圧電源で駆動した場
合、スイッチングを行った時のクロストークが−２５ｄ
Ｂ以下を確保できる温度範囲幅は従来のＣｒを用いた時
に比べて十分に広い。
【００３０】実施例５ 熱光学位相シフタの薄膜ヒータとして導波路上部のオー
バークラッド層の表面に２０００Åの膜厚のＮｉ−Ｃｕ
薄膜を電子ビーム蒸着法で作製した。ターゲットとして
はＮｉとＣｕの重量比で１０：０，９：１，８：２，
７：３の４種類を用意した。それぞれのターゲットを用
いて形成した薄膜ヒータの抵抗温度係数とターゲット重
量比との関係を図１１に示す。ここで、定電圧源の電圧
は２０℃で最適なスイッチングが行われるように設定し
た。この結果、Ｎｉ：Ｃｕの重量比が９：１のターゲッ
トを用いて作製した薄膜ヒータの温度係数が最も２×１
０-3（ｌ／℃）に近いことが分かった。Ｎｉ：Ｃｕ＝
８：２以上の時、抵抗温度係数は１×１０-3〜３×１０
-3（１／℃）となる。次に、このターゲットを用いて実
際の石英導波路型熱光学スイッチを作製した。熱光学位
相シフタの薄膜ヒータのパターンの幅を５０μｍ、長さ
を５ｍｍとした。この時の電気抵抗は４９０Ωであっ
た。この時の熱光学スイッチのクロストークと環境温度
との関係を図１２に示す。ここで、定電圧源の電圧は２
０℃で最適なスイッチが行われるように設定した。図１
２からわかるように定電圧電源で駆動した場合、スイッ
チングを行った時のクロストークが−２５ｄＢ以下を確
保できる温度範囲幅は従来のＣｒを用いた時に比べて十
分に広い。
バークラッド層の表面に２０００Åの膜厚のＮｉ−Ｃｕ
薄膜を電子ビーム蒸着法で作製した。ターゲットとして
はＮｉとＣｕの重量比で１０：０，９：１，８：２，
７：３の４種類を用意した。それぞれのターゲットを用
いて形成した薄膜ヒータの抵抗温度係数とターゲット重
量比との関係を図１１に示す。ここで、定電圧源の電圧
は２０℃で最適なスイッチングが行われるように設定し
た。この結果、Ｎｉ：Ｃｕの重量比が９：１のターゲッ
トを用いて作製した薄膜ヒータの温度係数が最も２×１
０-3（ｌ／℃）に近いことが分かった。Ｎｉ：Ｃｕ＝
８：２以上の時、抵抗温度係数は１×１０-3〜３×１０
-3（１／℃）となる。次に、このターゲットを用いて実
際の石英導波路型熱光学スイッチを作製した。熱光学位
相シフタの薄膜ヒータのパターンの幅を５０μｍ、長さ
を５ｍｍとした。この時の電気抵抗は４９０Ωであっ
た。この時の熱光学スイッチのクロストークと環境温度
との関係を図１２に示す。ここで、定電圧源の電圧は２
０℃で最適なスイッチが行われるように設定した。図１
２からわかるように定電圧電源で駆動した場合、スイッ
チングを行った時のクロストークが−２５ｄＢ以下を確
保できる温度範囲幅は従来のＣｒを用いた時に比べて十
分に広い。
【００３１】実施例６ 熱光学位相シフタの薄膜ヒータとして導波路上部のオー
バークラッド層の表面にＣｒ薄膜を真空蒸着法で作製し
た。その後、１１００℃のＮ2 雰囲気中で１時間熱処理
することによりＣｒＮからなる薄膜ヒータを形成した。
図１３にＣｒＮ膜厚と抵抗温度係数の関係を示す。ここ
で、定電圧源の電圧は２０℃で最適なスイッチが行われ
るように設定した。この結果、ＣｒＮの膜厚が４２０Å
程度の時に抵抗温度係数が２×１０-3（ｌ／℃）になる
ことが分かる。また、ＣｒＮの膜厚が約４００Å以上の
時、抵抗温度係数は１．９×１０-3（ｌ／℃）以上であ
る。次に、４２０Åの膜厚で実際の熱光学スイッチを作
製した。薄膜ヒータのパターンの幅を５０μｍ、長さを
５ｍｍとした。この時の電気抵抗は３１００Ωであっ
た。また、２０℃における抵抗温度係数を測定したとこ
ろ、２．１×１０-3（ｌ／℃）であった。この時の熱光
学スイッチのクロストークと環境温度との関係を図１４
に示す。ここで、定電圧源の電圧は２０℃で最適なスイ
ッチングが行われるように設定した。図１４からわかる
ように定電圧電源で駆動した場合、スイッチングを行っ
た時のクロストークが−２５ｄＢ以下を確保できる温度
範囲幅は従来のＣｒを用いた時に比べて十分に広い。
バークラッド層の表面にＣｒ薄膜を真空蒸着法で作製し
た。その後、１１００℃のＮ2 雰囲気中で１時間熱処理
することによりＣｒＮからなる薄膜ヒータを形成した。
図１３にＣｒＮ膜厚と抵抗温度係数の関係を示す。ここ
で、定電圧源の電圧は２０℃で最適なスイッチが行われ
るように設定した。この結果、ＣｒＮの膜厚が４２０Å
程度の時に抵抗温度係数が２×１０-3（ｌ／℃）になる
ことが分かる。また、ＣｒＮの膜厚が約４００Å以上の
時、抵抗温度係数は１．９×１０-3（ｌ／℃）以上であ
る。次に、４２０Åの膜厚で実際の熱光学スイッチを作
製した。薄膜ヒータのパターンの幅を５０μｍ、長さを
５ｍｍとした。この時の電気抵抗は３１００Ωであっ
た。また、２０℃における抵抗温度係数を測定したとこ
ろ、２．１×１０-3（ｌ／℃）であった。この時の熱光
学スイッチのクロストークと環境温度との関係を図１４
に示す。ここで、定電圧源の電圧は２０℃で最適なスイ
ッチングが行われるように設定した。図１４からわかる
ように定電圧電源で駆動した場合、スイッチングを行っ
た時のクロストークが−２５ｄＢ以下を確保できる温度
範囲幅は従来のＣｒを用いた時に比べて十分に広い。
【００３２】本発明はシリコン基板上に作製し石英系光
導波路の光路長温度係数（１／（ｎＬ））・ｄ（ｎＬ）
／ｄＴが約２×１０-3（１／℃）であることが初めて明
らかになったことに基づいたものであり、定電圧源を用
いて熱光学位相シフタを駆動する場合は以上述べたとお
り薄膜ヒータの抵抗温度係数（１／Ｒ）・（ｄＲ／ｄ
Ｔ）を約２×１０-3（１／℃）に設定することによって
熱光学スイッチの使用可能温度範囲を広げることができ
る。一方、定電流源を用いて熱光学位相シフタを駆動す
る場合は、定電圧源を使用した場合と逆に、熱光学位相
シフタの薄膜ヒータの抵抗温度係数を−２×１０-3（１
／℃）程度に設定することによって熱光学スイッチの使
用可能温度範囲を広げることができる。
導波路の光路長温度係数（１／（ｎＬ））・ｄ（ｎＬ）
／ｄＴが約２×１０-3（１／℃）であることが初めて明
らかになったことに基づいたものであり、定電圧源を用
いて熱光学位相シフタを駆動する場合は以上述べたとお
り薄膜ヒータの抵抗温度係数（１／Ｒ）・（ｄＲ／ｄ
Ｔ）を約２×１０-3（１／℃）に設定することによって
熱光学スイッチの使用可能温度範囲を広げることができ
る。一方、定電流源を用いて熱光学位相シフタを駆動す
る場合は、定電圧源を使用した場合と逆に、熱光学位相
シフタの薄膜ヒータの抵抗温度係数を−２×１０-3（１
／℃）程度に設定することによって熱光学スイッチの使
用可能温度範囲を広げることができる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
抵抗温度係数が約２×１０-3（１／℃）程度である薄膜
ヒータを使用することによって導波路型熱光学スイッチ
の使用可能温度範囲を大幅に広げることができた。熱光
学スイッチという極めて汎用性の大きな部品にとって使
用可能な温度範囲が広いということは非常に大きな利点
である。
抵抗温度係数が約２×１０-3（１／℃）程度である薄膜
ヒータを使用することによって導波路型熱光学スイッチ
の使用可能温度範囲を大幅に広げることができた。熱光
学スイッチという極めて汎用性の大きな部品にとって使
用可能な温度範囲が広いということは非常に大きな利点
である。
【図１】熱光学位相シフタとそれを用いた導波路型熱光
学スイッチの概略構成図を示すもので、（ａ）は平面構
成図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′線における拡大断面図
である。
学スイッチの概略構成図を示すもので、（ａ）は平面構
成図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′線における拡大断面図
である。
【図２】シリコン基板上に作製した石英系導波路型熱光
学スイッチにおけるスイッチ電力の環境温度依存性を示
す特性図である。
学スイッチにおけるスイッチ電力の環境温度依存性を示
す特性図である。
【図３】シリコン基板上に形成した石英系導波路の単位
光路長あたりの温度係数の環境温度依存性を示す特性図
である。
光路長あたりの温度係数の環境温度依存性を示す特性図
である。
【図４】熱光学位相シフタ用の薄膜ヒータにＣｒ薄膜を
使用した場合の熱光学スイッチのクロストークの環境温
度依存性を示す特性図である。
使用した場合の熱光学スイッチのクロストークの環境温
度依存性を示す特性図である。
【図５】熱光学位相シフタ用の薄膜ヒータの電源として
定電圧源を使用した時の熱光学スイッチのクロストーク
の環境温度依存性の計算値を示す図である。
定電圧源を使用した時の熱光学スイッチのクロストーク
の環境温度依存性の計算値を示す図である。
【図６】薄膜ヒータの抵抗温度係数に対する熱光学スイ
ッチの温度範囲幅の計算値を示す図である。
ッチの温度範囲幅の計算値を示す図である。
【図７】熱光学位相シフタとして実施例１に示すＮｉ薄
膜ヒータ抵抗を用いた時の導波路型熱光学スイッチのク
ロストークの環境温度依存性を示す特性図である。
膜ヒータ抵抗を用いた時の導波路型熱光学スイッチのク
ロストークの環境温度依存性を示す特性図である。
【図８】熱光学位相シフタとして実施例２に示すＰｔ薄
膜ヒータ抵抗を用いた時の導波路型熱光学スイッチのク
ロストークの環境温度依存性を示す特性図である。
膜ヒータ抵抗を用いた時の導波路型熱光学スイッチのク
ロストークの環境温度依存性を示す特性図である。
【図９】熱光学位相シフタとして実施例３に示すＲｈ薄
膜ヒータ抵抗を用いた時の導波路型熱光学スイッチのク
ロストークの環境温度依存性を示す特性図である。
膜ヒータ抵抗を用いた時の導波路型熱光学スイッチのク
ロストークの環境温度依存性を示す特性図である。
【図１０】熱光学位相シフタとして実施例４に示すＡｕ
とＣｒの二層構造の薄膜ヒータ抵抗を用いた時の導波路
型熱光学スイッチのクロストークの環境温度依存性を示
す特性図である。
とＣｒの二層構造の薄膜ヒータ抵抗を用いた時の導波路
型熱光学スイッチのクロストークの環境温度依存性を示
す特性図である。
【図１１】実施例５において電子ビーム蒸着用ターゲッ
ト中のＮｉとＣｕの重量比を変化させた時作製した薄膜
ヒータの抵抗温度係数の変化を示す特性図である。
ト中のＮｉとＣｕの重量比を変化させた時作製した薄膜
ヒータの抵抗温度係数の変化を示す特性図である。
【図１２】熱光学位相シフタとして実施例５に示すＮｉ
−Ｃｕからなる薄膜ヒータの抵抗を用いた時の導波路型
熱光学スイッチのクロストークの環境温度依存性を示す
特性図である。
−Ｃｕからなる薄膜ヒータの抵抗を用いた時の導波路型
熱光学スイッチのクロストークの環境温度依存性を示す
特性図である。
【図１３】実施例６においてＣｒＮからなる薄膜ヒータ
の膜厚を変化させた時の抵抗温度係数の変化を示す特性
図である。
の膜厚を変化させた時の抵抗温度係数の変化を示す特性
図である。
【図１４】熱光学位相シフタとして実施例６に示すＣｒ
Ｎ薄膜ヒータ抵抗を用いた時の導波路型熱光学スイッチ
のクロストークの環境温度依存性を示す特性図である。
Ｎ薄膜ヒータ抵抗を用いた時の導波路型熱光学スイッチ
のクロストークの環境温度依存性を示す特性図である。
１ シリコン基板 ２，３ コア部 ４ クラッド層 ５，６ 方向性結合器 ７ 薄膜ヒータ ８ａ，８ｂ 電気配線パッド部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−158413（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−104031（ＪＰ，Ａ) 1989年電子情報通信学会秋季全国大会 講演論文集，分冊４ 通信・エレクトロ ニクス，ｐ．４−206，杉田彰夫 ｅｔ. ａｌ．，「ｃ−266 断熱構造型ＴＯ位 相器と石英系導波型光スイッチへの応 用」 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/01 G02F 1/313 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】 基板と、 該基板上にコア部をクラッド層により覆って設けられた
ガラス光導波路と、 該ガラス光導波路近傍に配置された薄膜ヒータとからな
る熱光学位相シフタであって、 前記薄膜ヒータの抵抗温度係数が１×１０-3から３×１
０-3（ｌ／℃）の範囲内にあることを特徴とする熱光学
位相シフタ。 - 【請求項２】 前記薄膜ヒータがＮｉ，Ｐｔ，Ｒｈおよ
びＡｕからなる群から選ばれた少なくとも１つを含む材
料からなることを特徴とする請求項１に記載の熱光学位
相シフタ。 - 【請求項３】 前記薄膜ヒータがＮｉとＣｕを含む合金
からなり、Ｎｉの含有量が８０重量％以上であることを
特徴とする請求項１に記載の熱光学位相シフタ。 - 【請求項４】 前記薄膜ヒータがＣｒＮからなり、その
膜厚が４００Å以上であることを特徴とする請求項１に
記載の熱光学位相シフタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04192078A JP3077719B2 (ja) | 1992-07-20 | 1992-07-20 | 熱光学位相シフタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04192078A JP3077719B2 (ja) | 1992-07-20 | 1992-07-20 | 熱光学位相シフタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0634924A JPH0634924A (ja) | 1994-02-10 |
| JP3077719B2 true JP3077719B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=16285275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04192078A Expired - Lifetime JP3077719B2 (ja) | 1992-07-20 | 1992-07-20 | 熱光学位相シフタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3077719B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3974041B2 (ja) * | 2001-05-07 | 2007-09-12 | 富士通株式会社 | 光可変減衰器、光シャッタ及び光可変等化器 |
| JP2005141074A (ja) | 2003-11-07 | 2005-06-02 | Nec Corp | 石英導波路デバイス、可変光アッテネータおよび光スイッチ |
| ITMI20050277A1 (it) * | 2005-02-22 | 2006-08-23 | Stmicroeletronics S R L | Dispositivo ottico di sfasamento e sistema d'antenna impiegante il dispositivo |
-
1992
- 1992-07-20 JP JP04192078A patent/JP3077719B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １９８９年電子情報通信学会秋季全国大会講演論文集，分冊４ 通信・エレクトロニクス，ｐ．４−２０６，杉田彰夫 ｅｔ．ａｌ．，「ｃ−２６６ 断熱構造型ＴＯ位相器と石英系導波型光スイッチへの応用」 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0634924A (ja) | 1994-02-10 |
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