JP3275758B2 - Waveguide type optical circuit - Google Patents

Waveguide type optical circuit

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JP3275758B2
JP3275758B2 JP05007297A JP5007297A JP3275758B2 JP 3275758 B2 JP3275758 B2 JP 3275758B2 JP 05007297 A JP05007297 A JP 05007297A JP 5007297 A JP5007297 A JP 5007297A JP 3275758 B2 JP3275758 B2 JP 3275758B2
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optical
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optical path
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隆司 郷
和幸 森脇
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信分野等で用
いる単一モード光導波路を用いた光回路に関するもので
あり、更に詳細には、作製時の光路長誤差を後処理によ
って恒久的に補正(トリミング)することにより、光回
路の動作時に光路長誤差を補償するためのバイアス電力
が不要になる光回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical circuit using a single-mode optical waveguide used in the field of optical communication and the like. The present invention relates to an optical circuit in which correction (trimming) eliminates the need for bias power for compensating an optical path length error during operation of the optical circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、動画像等の高ビットレート通信を
含むマルチメディア通信の普及の高まりに伴い、通信網
の大容量化と同時に高度化・高機能化が強く求められて
いる。この実現に光通信技術が重要な役割を果たす事は
疑いのない状況になってきており、既に中継通信網にお
いては大半の通信回線が光ファイバー通信に置き換わっ
ている。現在敷設されている光通信網は、個別にノード
間を結ぶポイント−ポイントの光通信であるが、今後は
更に、アクセス網を加えた複数のノード間を電気信号に
変換することなく光信号のままで結ぶ網構造の光通信網
に発展させる事が望まれてきている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of multimedia communication including high bit rate communication of moving images and the like, there is a strong demand for higher capacity and more sophisticated communication networks as well as higher capacity. There is no doubt that optical communication technology will play an important role in this realization, and most of the communication lines in the relay communication network have already been replaced by optical fiber communication. The optical communication network currently laid is point-to-point optical communication that individually connects nodes, but in the future, optical signals will be converted without converting electrical signals between a plurality of nodes including an access network. It has been desired to develop an optical communication network having a network structure that connects as it is.

【0003】この光通信システムに必要なキー部品とし
ては、光増幅器・光分岐結合器・光合分波器・光スイッ
チ等がある。中でも、光スイッチや光合分波器は光クロ
スコネクト装置に代表される光回線切換装置などに使わ
れる重要な部品の一つである。様々な形態の光部品の中
で、導波路型光部品は、量産性・小型化等の面で優れた
光部品として期待されている。中でも、シリコン基板上
に作製される石英系光導波路は、低損失であり安定性及
び光ファイバーとの整合性に優れているといった特徴を
有し、実用的な光回路を構成する光導波路の最有力実現
手段として注目されている。
The key components required for the optical communication system include an optical amplifier, an optical branching / coupling device, an optical multiplexer / demultiplexer, an optical switch, and the like. Among them, an optical switch and an optical multiplexer / demultiplexer are one of important components used in an optical line switching device represented by an optical cross-connect device. Among various types of optical components, waveguide type optical components are expected to be excellent optical components in terms of mass productivity, miniaturization, and the like. Above all, quartz-based optical waveguides fabricated on silicon substrates have features such as low loss, excellent stability, and excellent compatibility with optical fibers, and are the leading optical waveguides constituting practical optical circuits. It is attracting attention as a means of realization.

【0004】図2に、今回の発明の対象の一例である2
×2光スイッチの例を示す。図2(a)は上述の光回路
の平面図、図2(b)は図2(a)のA−A’線に沿っ
た断面図、図2(c)は図2(a)のB−B’線に沿っ
た断面図である。図中、1はシリコン基板、2はクラッ
ド層3に埋め込まれた石英系ガラスからなるコア部、3
は石英系ガラスからなるクラッド層、14,15はコア
部2上部のクラッド層3の表面に形成された薄膜ヒータ
である。
FIG. 2 shows an example of an object of the present invention.
An example of a × 2 optical switch is shown. 2A is a plan view of the above-described optical circuit, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2A, and FIG. 2C is B of FIG. 2A. It is sectional drawing which followed the -B 'line. In the figure, 1 is a silicon substrate, 2 is a core portion made of quartz glass embedded in a cladding layer 3, 3
Is a cladding layer made of quartz glass, and 14 and 15 are thin film heaters formed on the surface of the cladding layer 3 above the core portion 2.

【0005】この2×2光スイッチは、2個の3dB方
向性結合器13と薄膜ヒータ14,15で構成されたマ
ッハツェンダー光干渉計回路になっている。2個の方向
性結合器13を結んでいる2本の導波路の光路長差|Δ
opt|は、用途に応じ、ゼロ(|ΔLopt|=0)若し
くは信号光波長の2分の1(|Lo pt|=λ/2)など
に設計されている。図2(a)は|ΔLopt|=0の時
の構成を示している。
The 2 × 2 optical switch is a Mach-Zehnder optical interferometer circuit composed of two 3 dB directional couplers 13 and thin film heaters 14 and 15. Optical path length difference | Δ of two waveguides connecting two directional couplers 13
L opt | is depending on the application, a zero (| ΔL opt | = 0) or signal light one-half of a wavelength (| L o pt | = λ / 2) is designed like. FIG. 2A shows a configuration when | ΔL opt | = 0.

【0006】以下に、スイッチング動作を説明する。光
路長差がゼロに設計される場合、薄膜ヒータ14に無通
電のときは(クロス状態、OFF時)、公知の干渉原理
により、入力導波路端11bから入った信号光は出力導
波路端12aへ伝搬し、入力導波路端11aから入った
信号光は出力導波路端12bに伝搬する。一方の薄膜ヒ
ータ14(駆動用位相シフター)ヘ通電して(バー状
態、ON時)、前記の光路長差を熱光学効果により信号
光波長の2分の1相当分変化させると、入力導波路端1
1bから入った信号光は出力導波路端12bへ導かれ、
入力導波路端11aから入った信号光は出力導波路端1
2aへ導かれる。光路長差が信号光波長の2分の1に設
計されている場合は、クロス/バーが入れ替わった状態
として動作する。
Hereinafter, the switching operation will be described. When the optical path length difference is designed to be zero, and when the thin film heater 14 is not energized (cross state, OFF), the signal light entering from the input waveguide end 11b is output from the output waveguide end 12a by a known interference principle. And the signal light entering from the input waveguide end 11a propagates to the output waveguide end 12b. When one thin-film heater 14 (driving phase shifter) is energized (bar state, ON) and the optical path length difference is changed by half of the signal light wavelength by the thermo-optic effect, the input waveguide Edge 1
1b is guided to the output waveguide end 12b,
The signal light entering from the input waveguide end 11a is output from the output waveguide end 1
2a. When the optical path length difference is designed to be half of the signal light wavelength, the operation is performed with the cross / bar switched.

【0007】この石英系光導波路を用いた2×2光スイ
ッチは、図3に示した方法により作製される。まず、図
3(a)に示すシリコン基板1上に火炎加水分解反応堆
積技術により、図3(b)に示すように、下部クラッド
層4と導波路コア層6を形成する。次に、図3(c)に
示すように、後に導波路コア2となる部分のみを残し、
不要な部分を反応性イオンエッチング技術により除去す
る。引き続き、図3(d)に示すように、再び、火炎加
水分解反応堆積技術により上部クラッド層5を形成し、
最後に、図3(e)に示すように、真空蒸着技術及びウ
ェットエッチング技術により位相シフター(位相調整
器)となる薄膜ヒータ14,15、電気配線を上部クラ
ッド上に形成する以上のように、石英系光導波路はSi
Cl4やGeCl4などの原料ガスの加水分解反応を利用し
たガラス膜の堆積技術と反応性イオンエッチング技術及
びウェットエッチングの公知の組み合わせにより作製さ
れる。
A 2 × 2 optical switch using this silica-based optical waveguide is manufactured by the method shown in FIG. First, as shown in FIG. 3B, the lower cladding layer 4 and the waveguide core layer 6 are formed on the silicon substrate 1 shown in FIG. 3A by the flame hydrolysis reaction deposition technique. Next, as shown in FIG. 3 (c), only a portion which will later become the waveguide core 2 is left.
Unnecessary portions are removed by a reactive ion etching technique. Subsequently, as shown in FIG. 3D, the upper clad layer 5 is formed again by the flame hydrolysis reaction deposition technique,
Finally, as shown in FIG. 3 (e), the thin film heaters 14 and 15 to be phase shifters (phase adjusters) and the electric wiring are formed on the upper clad by the vacuum evaporation technique and the wet etching technique. Silica optical waveguide is Si
It is manufactured by a known combination of a glass film deposition technique using a hydrolysis reaction of a source gas such as Cl 4 or GeCl 4 , a reactive ion etching technique, and wet etching.

【0008】実際に作製される2×2スイッチでは、作
製誤差により2本の導波路の光路長差は所望の値になら
ず、いくらかずれる、つまり、光路長誤差があるのが普
通である。
In a 2 × 2 switch actually manufactured, the optical path length difference between the two waveguides does not become a desired value due to a manufacturing error, but is slightly changed, that is, there is an optical path length error.

【0009】最近までこれを補償するためにOFF時も
僅かに薄膜ヒータ14若しくは15に電力(バイアス電
力)を印加していたが、このようなバイアス電力印加に
は以下のような問題があった。まず、各スイッチのずれ
量に合わせてバイアス電力を設定する必要があるため
に、駆動回路が複雑になる。また、このバイアス電力は
僅かではあるが、マトリクススイッチのようにOFF状
態のスイッチの個数がON状態のスイッチの個数に比べ
て多い場合、バイアス電力の総消費量は、全消費電力の
中で無視できないくらい大きくなる。
Until recently, power (bias power) was slightly applied to the thin film heater 14 or 15 even at the time of OFF to compensate for this. However, such bias power application had the following problems. . First, since the bias power needs to be set in accordance with the amount of shift of each switch, the driving circuit becomes complicated. In addition, when the number of switches in the OFF state is larger than the number of switches in the ON state, such as a matrix switch, although the bias power is small, the total consumption of the bias power is ignored in the total power consumption. Become too large.

【0010】この光路長誤差を恒久的に補正する手段と
して、最近、薄膜ヒータ(トリミング用位相シフター)
15を用いて比較的大きい電力(4mm×40μmの薄
膜ヒータの場合5W程度)で導波路を局所的に高温加熱
することにより、導波路の実効屈折率が恒久的に変化す
る現象を利用する方法が開発された(例えば、特願平2
−42538号)。この光路長トリミング法を用いるこ
とにより、上記の光路長誤差を補償することが可能とな
り、無バイアス電力での動作が可能となる。
As a means for permanently correcting the optical path length error, a thin film heater (trimming phase shifter) has recently been used.
Method of using a phenomenon in which the effective refractive index of the waveguide is permanently changed by locally heating the waveguide at a high temperature with relatively large power (about 5 W in the case of a thin film heater of 4 mm × 40 μm) using No. 15. Has been developed (for example,
-42538). By using this optical path length trimming method, the above optical path length error can be compensated, and operation with no bias power becomes possible.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような2×2光回路への光路長トリミング法において、
次のような問題があった。光路長のバラツキ方は基本的
には無秩序であり、光路長差ΔLopt(=[駆動用位相
シフター14側の導波路の光路長]−[トリミング用位
相シフター15側の導波路の光路長])は、設計値より
も大きくなる場合も小さくなる場合もある。
However, in the optical path length trimming method for a 2 × 2 optical circuit as described above,
There were the following problems. The variation of the optical path length is basically random, and the optical path length difference ΔL opt (= [optical path length of the waveguide on the driving phase shifter 14 side] − [optical path length of the waveguide on the trimming phase shifter 15 side] ) May be larger or smaller than the design value.

【0012】上記光路長トリミング法は、光路長を大き
くする補正しか行えないので、ΔL optが設計値よりも
小さくなった場合、駆動用位相シフター14でトリミン
グを行うことになる。前述したように、光路長トリミン
グ法では通常の駆動電力に比べて数倍の電力を印加して
おり、トリミングに使用されたヒータは断線しやすくな
る。従って、駆動用位相シフター14をトリミング処理
に兼用することは長期信頼性の観点から問題があった。
In the optical path length trimming method, the optical path length is increased.
ΔL optIs more than the design value
When it becomes smaller, the drive phase shifter 14
Will be performed. As mentioned above, the optical path length Trimin
In the method, several times more power than normal driving power is applied.
The heater used for trimming is easy to break.
You. Therefore, the drive phase shifter 14 is trimmed.
There is a problem from the viewpoint of long-term reliability.

【0013】これを回避する方法の一つとして、図4示
すように、駆動用位相シフター側の導波路上に駆動用位
相シフター14a以外にトリミングヒータ15aを別個
に設けることが考えられる。同様に、トリミング用位相
シフター側の導波路上にトリミング用位相シフター15
b以外に駆動用位相シフター14bを設けている。しか
し、この場合、図4を見て明らかなように、トリミング
ヒータを設ける分、回路全長が長くなるという問題があ
る。本発明は、上記従来技術に鑑みて成されたものであ
り、駆動用位相シフター14でトリミング処理を施すこ
とを回避し、長期信頼性に優れた高位相精度光回路を提
供することを目的とするものである。
As one method for avoiding this, as shown in FIG. 4, it is conceivable to separately provide a trimming heater 15a in addition to the driving phase shifter 14a on the waveguide on the driving phase shifter side. Similarly, the trimming phase shifter 15 is placed on the waveguide on the trimming phase shifter side.
In addition to b, a drive phase shifter 14b is provided. However, in this case, as apparent from FIG. 4, there is a problem that the total circuit length is increased by the provision of the trimming heater. The present invention has been made in view of the above prior art, and has as its object to provide a high-phase-precision optical circuit that avoids performing a trimming process with the driving phase shifter 14 and has excellent long-term reliability. Is what you do.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成は、基板上に光導波路を用いて形成される、
2個の方向性結合器と位相シフターで構成される2入力
2出力のマッハツェンダー干渉計を含む導波型光回路に
於いて、前記2個の方向性結合器を連結している2本の
導波路の一方に駆動用位相シフターを装荷し、他方の導
波路に、導波路を局所的に加熱して導波路の実効屈折率
を増大させ、作製誤差で生じた光路長誤差を恒久的に補
正するトリミング用位相シフターを装荷し、且つ駆動用
位相シフターが装荷されている側の導波路の光路長を所
望の値から作製誤差により生じる光路長誤差のバラツキ
量だけ長く設計し、トリミング用位相シフターによっ
て、トリミング用位相シフターが装荷されている側の導
波路の実効屈折率を恒久的に増大させて前記光路長差を
所望の値としたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a light emitting device comprising: a substrate formed by using an optical waveguide;
In a waveguide type optical circuit including a two-input two-output Mach-Zehnder interferometer composed of two directional couplers and a phase shifter, two waveguides linking the two directional couplers are provided. One of the waveguides is loaded with a driving phase shifter, and the other waveguide is locally heated to obtain an effective refractive index of the waveguide.
And a trimming phase shifter for permanently correcting the optical path length error caused by the manufacturing error is loaded, and the optical path length of the waveguide on which the driving phase shifter is loaded is adjusted from a desired value to a manufacturing error. Is designed to be longer by the amount of variation of the optical path length error caused by the above, and the effective refractive index of the waveguide on the side where the trimming phase shifter is loaded is permanently increased by the trimming phase shifter to reduce the optical path length difference to a desired value. Value.

【0015】また、前記マッハツェンダー干渉計が2×
2光スイッチであり、駆動用位相シフターがスイッチン
グ用位相シフターであることを特徴とする。更に、前記
光導波路におけるコア部及び前記クラッド層は、SiO2
を主成分とする石英系ガラスから成ることを特徴とし、
記トリミング用位相シフターが薄膜ヒータからなるこ
とを特徴とする。
Further, the Mach-Zehnder interferometer is 2 ×
A two-optical switch, wherein the driving phase shifter is a switching phase shifter. Further, the core portion and the cladding layer in the optical waveguide are made of SiO 2.
Characterized by being made of quartz-based glass whose main component is
Before SL phase shifter for trimming, characterized in that a thin film heater.

【0016】〔作用〕本発明では、駆動用位相シフター
の装荷された導波路がトリミング用位相シフターの装荷
された導波路に比較し、所望の光路長より作製誤差によ
り生じる光路長誤差のバラツキ量程度大きく設定されて
いるので、作製誤差により光路長誤差が生じても、駆動
用位相シフターの装荷された導波路は所望の光路長より
必ず大きい値になる。従って、駆動用位相シフターでト
リミング処理を行うことが回避できる。
[Operation] According to the present invention, the waveguide loaded with the driving phase shifter is compared with the waveguide loaded with the trimming phase shifter, and the variation in the optical path length error caused by the manufacturing error from the desired optical path length. Since the optical path length is set to be large, even if an optical path length error occurs due to a manufacturing error, the waveguide loaded with the driving phase shifter always has a value larger than a desired optical path length. Therefore, it is possible to avoid performing the trimming process with the driving phase shifter.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を詳細に説明する。以下の実施例では、光導波路と
してシリコン基板上に形成した石英系単一モード光導波
路によって実現されている光回路について説明する。こ
れはこの組み合わせの光導波路が低損失で安定であり、
しかも石英系光ファイバーとの整合性に優れているため
である。しかしながら、本発明はこれらの組み合わせに
限定されるものではない。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, an optical circuit realized by a quartz single-mode optical waveguide formed on a silicon substrate as an optical waveguide will be described. This is because the optical waveguide of this combination is stable with low loss,
Moreover, it is because of excellent matching with the quartz optical fiber. However, the invention is not limited to these combinations.

【0018】〔実施例1〕本発明の―実施例に係る2×
2光スイッチを図1に示す。本実施例において、構成要
素及びその配置などの主要な構成は、図2に示した従来
の2×2光スイッチと同じである。
[Embodiment 1] 2 × according to the embodiment of the present invention
A two-optical switch is shown in FIG. In this embodiment, main components such as components and their arrangement are the same as those of the conventional 2 × 2 optical switch shown in FIG.

【0019】従来の構成とは異なる点は、所望の光路長
差ΔLopt(=[駆動用位相シフター14側の導波路の
光路長]−[トリミング用位相シフター15側の導波路
の光路長])に対して、設計上の導波路長差ΔLをΔL
=(ΔLopt+α)/nにして、駆動用位相シフター1
4側の導波路長がやや長めになるように設計して作製し
た点である。ここで、αは作製誤差により生じる光路長
誤差のバラツキ量、nは導波路の実効屈折率である。
The difference from the conventional configuration is that a desired optical path length difference ΔL opt (= [optical path length of the waveguide on the driving phase shifter 14 side] − [optical path length of the waveguide on the trimming phase shifter 15 side]) ), The designed waveguide length difference ΔL is ΔL
= (ΔL opt + α) / n, and the driving phase shifter 1
The point is that the length of the waveguide on the fourth side is designed and manufactured to be slightly longer. Here, α is a variation amount of an optical path length error caused by a manufacturing error, and n is an effective refractive index of the waveguide.

【0020】本実施例の2×2光スイッチは、厚さ1m
m、直径4インチのシリコン基板上に作製した。従来と
同様に、石英系導波路はSiCl4やGeCl4などの原料ガ
スの加水分解反応を利用した石英系ガラス膜の堆積技術
と反応性イオンエッチング技術の組み合わせにより作製
し、薄膜ヒータは真空蒸着法及び化学エッチングにより
作製した。
The 2 × 2 optical switch of this embodiment has a thickness of 1 m.
m and 4 inches in diameter on a silicon substrate. As before, the quartz-based waveguide is fabricated by combining the deposition technique of the quartz-based glass film using the hydrolysis reaction of the raw material gas such as SiCl 4 and GeCl 4 with the reactive ion etching technique, and the thin-film heater is vacuum-deposited. It was produced by a method and chemical etching.

【0021】コアの断面寸法は6μm角であり、コアと
クラッド間の比屈折率差は0.75%である。薄膜ヒー
タ14,15のサイズは、厚さ0.1μm、幅40μ
m、長さ4mmである。マッハツエンダー干渉計回路を
構成している2個の方向性結合器13を結んでいる2本
の導波路の間隔は250μmにした。所望の光路長差Δ
optはゼロとした。αは0.1μmとした。
The cross-sectional dimension of the core is 6 μm square, and the relative refractive index difference between the core and the clad is 0.75%. The size of the thin film heaters 14 and 15 is 0.1 μm in thickness and 40 μm in width.
m, length 4 mm. The interval between the two waveguides connecting the two directional couplers 13 constituting the Mach-Zehnder interferometer circuit was set to 250 μm. Desired optical path length difference Δ
L opt was set to zero. α was 0.1 μm.

【0022】この2×2光スイッチが作製されたチップ
を、ダイシングにより切り出し、シリコン基板下部には
放熱板を設けて、また、入出力導波路にはシングルモー
ドファイバーを接続し、薄膜ヒータ14,15には給電
リードを接続し、2×2光スイッチモジュールとした。
今回、この2×2光スイッチモジュールを256個作製
した。
The chip on which the 2 × 2 optical switch is manufactured is cut out by dicing, a heat sink is provided below the silicon substrate, and a single mode fiber is connected to the input / output waveguide. A power supply lead was connected to 15 to make a 2 × 2 optical switch module.
This time, 256 2 × 2 optical switch modules were manufactured.

【0023】光スイッチモジュールでのクロス状態のバ
イアス電力を測定したところ、256個全てのスイッチ
モジュールに於いて、実際の光路長差ΔLoptはゼロよ
り大きかった。
When the bias power in the cross state in the optical switch module was measured, the actual optical path length difference ΔL opt was larger than zero in all 256 switch modules.

【0024】次に、駆動用位相シフター14でないもう
一方の薄膜ヒータ、すなわちトリミング用位相シフター
15に於いて、駆動電力の数倍の電力(5W程度)を印
加し導波路を局所的に加熱して、トリミング処理を行っ
た。補償すべき光路長誤差量(このスイッチの場合はΔ
opt)はスイッチモジュールに依って異なっているの
で、適宜、加熱時間を調整・選択して、正確に所望の光
路長差であるΔLopt=0となるように、トリミング処
理を行った。
Next, in the other thin film heater other than the drive phase shifter 14, that is, the trimming phase shifter 15, a power several times as large as the drive power (about 5 W) is applied to locally heat the waveguide. Then, a trimming process was performed. Optical path length error amount to be compensated (for this switch, Δ
L opt ) varies depending on the switch module, so the heating time was adjusted and selected as appropriate, and the trimming process was performed so that ΔL opt = 0, which is the desired optical path length difference, could be accurately obtained.

【0025】この様に、駆動用位相シフター14を用い
ることなく、トリミング用位相シフター15だけで光路
長誤差を補償することが可能となり、無バイアス電力の
2×2光スイッチモジュールを完成する事が出来た。
As described above, the optical path length error can be compensated only by the trimming phase shifter 15 without using the driving phase shifter 14, and a 2 × 2 optical switch module with no bias power can be completed. done.

【0026】駆動用位相シフター14に、350mW程
度の適当な電力を印加する事により、スイッチはバー状
態に切り替わり、スイッチング動作が確認された。この
ときのON/OFF消光比は25dB程度であった。ま
た、8000時間程度の連続通電動作に於いても、駆動
用位相シフター14の断線などの問題は生じず、長期信
頼性が確保されていることも確認された。
By applying an appropriate power of about 350 mW to the driving phase shifter 14, the switch was switched to a bar state, and a switching operation was confirmed. The ON / OFF extinction ratio at this time was about 25 dB. Further, even in the continuous energizing operation for about 8000 hours, no problem such as disconnection of the driving phase shifter 14 occurred, and it was confirmed that long-term reliability was ensured.

【0027】また、所望の光路長差がΔLopt=−λ/
2の場合についても同様に作製・測定した。この場合、
設計上の導波路長差はΔL=(−λ/2+α)/nとし
た。その結果、ΔLopt=0の場合と同様、駆動用位相
シフター14を用いることなく、トリミング用位相シフ
ター15だけで光路長誤差を補償することが可能とな
り、長期信頼性の確保された無バイアス電力の2×2光
スイッチモジュールを完成する事が出来た。
The desired optical path length difference is ΔL opt = −λ /
In the case of No. 2, it was similarly prepared and measured. in this case,
The waveguide length difference in design was ΔL = (− λ / 2 + α) / n. As a result, as in the case of ΔL opt = 0, the optical path length error can be compensated only by the trimming phase shifter 15 without using the driving phase shifter 14, and the long-term reliability-free bias power 2 × 2 optical switch module was completed.

【0028】また本実施例では、簡単な2×2光スイッ
チでその効果を実証したが、マトリクススイッチ等の2
×2光スイッチを多数集積化した大規模スイッチにおい
ても、同様の結果が得られることは言うまでもない。こ
の場合、ヒータの消費電力が大幅に削減できる。通常、
OFF時のバイアス電力はON時の電力の7分の1程度
である。従って、例えば8×8マトリクススイッチの場
合、通常の動作状態で、ON状態のスイッチ8個、OF
F状態のスイッチが56個であるので、スイッチヒータ
駆動のための全消費電力はトリミング処理により約半減
することが容易に判る。
In this embodiment, the effect has been demonstrated with a simple 2 × 2 optical switch.
It goes without saying that the same result can be obtained even in a large-scale switch in which a large number of × 2 optical switches are integrated. In this case, the power consumption of the heater can be significantly reduced. Normal,
The bias power at the time of OFF is about 1/7 of the power at the time of ON. Therefore, for example, in the case of an 8 × 8 matrix switch, in the normal operation state, eight switches in the ON state, OF
Since there are 56 switches in the F state, it can be easily understood that the total power consumption for driving the switch heaters is reduced to about half by the trimming process.

【0029】更に、本実施例では光スイッチについての
説明をしたが、回路構成がほぼ同じである導波型マッハ
ツェンダー干渉計、波長フイルター等の導波型干渉計光
部品にも適用できることは自明である。また、上記実施
例ではシリコン基板上の石英系ガラスを基本とする光回
路について説明したが、他材料、他の作製法(拡散法、
低温膜作製法)においても、トリミング用位相シフター
と駆動用位相シフターを別にするための手段として本発
明が本質的に優れていることは、以上の説明で明らかで
ある。従って、例えば、プラスチック光導波路、高分子
導波路やイオン拡散型導波路などにも、本発明を適用で
きることを、付記しておく。
Further, although the optical switch has been described in the present embodiment, it is obvious that the present invention can be applied to optical components of a waveguide type interferometer such as a waveguide type Mach-Zehnder interferometer and a wavelength filter having substantially the same circuit configuration. It is. Although the optical circuit based on quartz glass on the silicon substrate has been described in the above embodiment, other materials and other manufacturing methods (diffusion method,
It is clear from the above description that the present invention is also essentially excellent as a means for separating the phase shifter for trimming and the phase shifter for driving also in the low-temperature film manufacturing method). Therefore, it should be noted that the present invention can be applied to, for example, a plastic optical waveguide, a polymer waveguide, an ion diffusion waveguide, and the like.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、駆動用位相シフターの装荷された導波路がト
リミング用位相シフターの装荷された導波路に比較し、
所望の光路長より作製誤差により生じる光路長誤差のバ
ラツキ量程度大きく設定されているので、作製誤差によ
り光路長誤差が生じても、駆動用位相シフターの装荷さ
れた導波路は所望の光路長より必ず大きい値になる。従
って、駆動用位相シフターを用いることなく、トリミン
グ用位相シフターだけで光路長誤差を補償することが可
能となり、長期信頼性のある無バイアス電力の光回路モ
ジュールを完成する事が出来た。従って、本発明は、小
型の導波型光回路を実用化する上できわめて効果的であ
る。
As described above in detail with reference to the embodiment, the waveguide loaded with the driving phase shifter is compared with the waveguide loaded with the trimming phase shifter.
Since the optical path length error caused by the manufacturing error is set to be larger than the desired optical path length by about the same amount, even if the optical path length error occurs due to the manufacturing error, the waveguide loaded with the driving phase shifter is larger than the desired optical path length. It will always be a large value. Therefore, the optical path length error can be compensated only by the trimming phase shifter without using the driving phase shifter, and a long-term reliable optical circuit module with no bias power can be completed. Therefore, the present invention is extremely effective in putting a small waveguide type optical circuit into practical use.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る2×2光スイッチの構
造図である。
FIG. 1 is a structural diagram of a 2 × 2 optical switch according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の対象の一例である2×2光スイッチの
基本構造図である。
FIG. 2 is a basic structural diagram of a 2 × 2 optical switch which is an example of an object of the present invention.

【図3】光導波路の作製工程を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing a manufacturing process of the optical waveguide.

【図4】スイッチング用薄膜ヒータ及びトリミング用薄
膜ヒータがマッハツェンダー干渉計の両アームにそれぞ
れ装荷されている2×2光スイッチの構造図である。
FIG. 4 is a structural view of a 2 × 2 optical switch in which a switching thin-film heater and a trimming thin-film heater are respectively mounted on both arms of a Mach-Zehnder interferometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 導波路コア 3 クラッド 4 下部クラッド層 5 上部クラッド層 6 導波路コア層 11a,11b 入力導波路端 12a,12b 出力導波路端 13 方向性結合器 14,14a,14b 薄膜ヒータ(駆動用位相シフタ
ー) 15,15a,15b 薄膜ヒータ(トリミング用位相
シフター)
Reference Signs List 1 silicon substrate 2 waveguide core 3 clad 4 lower clad layer 5 upper clad layer 6 waveguide core layer 11a, 11b input waveguide end 12a, 12b output waveguide end 13 directional coupler 14, 14a, 14b thin film heater (drive) Phase shifter) 15, 15a, 15b Thin film heater (trimming phase shifter)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 靖之 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−352133(JP,A) 特開 昭63−182608(JP,A) 特開 平2−130503(JP,A) 特開 平3−267902(JP,A) 特許3223959(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/00 - 3/00 G02B 6/12 - 6/14 JICSTファイル(JOIS) WPI(DIALOG)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Yasuyuki Inoue Nippon Telegraph and Telephone Corporation 3-9-1-2 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo (56) Reference JP-A-4-352133 (JP, A) JP-A-63-182608 (JP, A) JP-A-2-130503 (JP, A) JP-A-3-267902 (JP, A) Patent 3223959 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G02F 1/00-3/00 G02B 6/12-6/14 JICST file (JOIS) WPI (DIALOG)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に光導波路を用いて形成される、
2個の方向性結合器と位相シフターで構成される2入力
2出力のマッハツェンダー干渉計を含む導波型光回路に
於いて、 前記2個の方向性結合器を連結している2本の導波路の
一方に駆動用位相シフターを装荷し、 他方の導波路に、導波路を局所的に加熱して導波路の実
効屈折率を増大させ、作製誤差で生じた光路長誤差を恒
久的に補正するトリミング用位相シフターを装荷し、 且つ駆動用位相シフターが装荷されている側の導波路の
光路長を所望の値から作製誤差により生じる光路長誤差
のバラツキ量だけ長く設計し、 トリミング用位相シフターによって、トリミング用位相
シフターが装荷されている側の導波路の実効屈折率を恒
久的に増大させて前記光路長差を所望の値としたことを
特徴とする導波型光回路。
1. An optical waveguide formed on a substrate using an optical waveguide.
In a waveguide type optical circuit including a two-input two-output Mach-Zehnder interferometer composed of two directional couplers and a phase shifter, two waveguides linking the two directional couplers are provided. A driving phase shifter is loaded on one of the waveguides, and the other waveguide is locally heated to realize the waveguide.
A trimming phase shifter that increases the effective refractive index and permanently corrects the optical path length error caused by the manufacturing error is loaded, and the optical path length of the waveguide on which the driving phase shifter is loaded is set to a desired value. From the optical path length error caused by the manufacturing error, and the trimming phase shifter permanently increases the effective refractive index of the waveguide on the side where the trimming phase shifter is loaded, thereby reducing the optical path length difference. Is a desired value.
【請求項2】 前記マッハツェンダー干渉計が2×2光
スイッチであり、駆動用位相シフターがスイッチング用
位相シフターであることを特徴とする請求項1記載の導
波型光回路。
2. The waveguide type optical circuit according to claim 1, wherein the Mach-Zehnder interferometer is a 2 × 2 optical switch, and the driving phase shifter is a switching phase shifter.
【請求項3】 前記光導波路におけるコア部及び前記ク
ラッド層は、SiO2を主成分とする石英系ガラスから成
ることを特徴とする請求項1又は2記載の導波型光回
路。
3. The waveguide type optical circuit according to claim 1, wherein the core portion and the cladding layer in the optical waveguide are made of silica-based glass containing SiO 2 as a main component.
【請求項4】 前記トリミング用位相シフターが、薄膜
ヒータからなることを特徴とする請求項1,2又は3
載の導波型光回路。
4. A phase shifter for the trimming, according to claim 1, 2 or 3 waveguide type optical circuit wherein a formed of a thin film heater.
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