JP3512712B2 - 熱光学スイッチ、その製作方法及びそれを用いた光線路変更方法 - Google Patents
熱光学スイッチ、その製作方法及びそれを用いた光線路変更方法Info
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光スイッチに係
り、特に光ファイバーとの結合損失が少なく、かつスイ
ッチの駆動電力が小さく、数百μs以下のスイッチ速度
を有する熱光学スイッチ、その製作方法及びそれを用い
た光線路変更方法に関する。
り、特に光ファイバーとの結合損失が少なく、かつスイ
ッチの駆動電力が小さく、数百μs以下のスイッチ速度
を有する熱光学スイッチ、その製作方法及びそれを用い
た光線路変更方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に熱光学スイッチは材料の温度変
化による屈折率変化を用いて光線路を変更させる素子で
ある。熱光学スイッチはマハゼンダー（Mach-Zender）
干渉計形、方向性結合器形、ディジタル形熱光学スイッ
チに大別される。図１はディジタル熱光学スイッチを示
す図であり、基板１１０、下部クラッド層１２０、コア
層１３０、上部クラッド層１４０及びヒーター１５０と
からなる。
化による屈折率変化を用いて光線路を変更させる素子で
ある。熱光学スイッチはマハゼンダー（Mach-Zender）
干渉計形、方向性結合器形、ディジタル形熱光学スイッ
チに大別される。図１はディジタル熱光学スイッチを示
す図であり、基板１１０、下部クラッド層１２０、コア
層１３０、上部クラッド層１４０及びヒーター１５０と
からなる。
【０００３】図２はモード進化原理を用いたディジタル
熱光学スイッチの動作原理図である。ディジタル熱光学
スイッチの動作原理は次のようである。分岐構造を有す
る光導波路の各分岐導波路２１０上に金などのように熱
伝導性が優れた金属として電極２２０を形成し、一方の
電極２２０を通じて熱を加えると、電極２２０の表面か
ら分岐導波路２１０部位に熱が伝達され有効屈折率が小
さくなる。従って、二つの分岐導波路２１０間の有効屈
折率差が生じ、これによって入力された光のモード進化
により有効屈折率が大きい分岐導波路２１０にスイッチ
ングされる。
熱光学スイッチの動作原理図である。ディジタル熱光学
スイッチの動作原理は次のようである。分岐構造を有す
る光導波路の各分岐導波路２１０上に金などのように熱
伝導性が優れた金属として電極２２０を形成し、一方の
電極２２０を通じて熱を加えると、電極２２０の表面か
ら分岐導波路２１０部位に熱が伝達され有効屈折率が小
さくなる。従って、二つの分岐導波路２１０間の有効屈
折率差が生じ、これによって入力された光のモード進化
により有効屈折率が大きい分岐導波路２１０にスイッチ
ングされる。
【０００４】マハゼンダー干渉計形や方向性結合形熱光
学スイッチは、モード間の干渉現象を用いることで、二
つの分岐導波路間の有効屈折率差により経路差が発生す
ることにより、光スイッチング動作が生じる。熱光学ス
イッチは埋込み（Embedded）構造やリブ（Rib）構造の
導波路を用いて具現することができる。埋込み構造の熱
光学スイッチの場合、光ファイバーとの結合損失を減じ
るために０．３〜０．６％以内の屈折率差を有する材料
を用いて製作される。この時、コアの厚さは６〜８μm
であり、導波路全体の厚さは普通２５〜４０μmであ
る。この場合、光ファイバーの損失は０．５dB／facet
以下である。
学スイッチは、モード間の干渉現象を用いることで、二
つの分岐導波路間の有効屈折率差により経路差が発生す
ることにより、光スイッチング動作が生じる。熱光学ス
イッチは埋込み（Embedded）構造やリブ（Rib）構造の
導波路を用いて具現することができる。埋込み構造の熱
光学スイッチの場合、光ファイバーとの結合損失を減じ
るために０．３〜０．６％以内の屈折率差を有する材料
を用いて製作される。この時、コアの厚さは６〜８μm
であり、導波路全体の厚さは普通２５〜４０μmであ
る。この場合、光ファイバーの損失は０．５dB／facet
以下である。
【０００５】図３は埋込み構造の熱光学スイッチの断面
図であり、熱吸収体３１０、クラッド３２０、コア３３
０及び電極３４０とからなる。しかし、このような構造
からなる埋込み構造の熱光学スイッチは加わった熱が電
極３４０表面から同方性を有しつつ伝達されるので、導
波路全体の厚さが厚いほど所望の分岐導波路にのみ伝達
されるばかりでなく、他の分岐導波路にも相当量が伝達
され、効率的な熱光学効果を得り難く、下部にある熱吸
収体３１０への伝達も遅くなり、熱が導波路から完全に
放出されるのにかかる時間が長くてスイッチ速度が遅
い。
図であり、熱吸収体３１０、クラッド３２０、コア３３
０及び電極３４０とからなる。しかし、このような構造
からなる埋込み構造の熱光学スイッチは加わった熱が電
極３４０表面から同方性を有しつつ伝達されるので、導
波路全体の厚さが厚いほど所望の分岐導波路にのみ伝達
されるばかりでなく、他の分岐導波路にも相当量が伝達
され、効率的な熱光学効果を得り難く、下部にある熱吸
収体３１０への伝達も遅くなり、熱が導波路から完全に
放出されるのにかかる時間が長くてスイッチ速度が遅
い。
【０００６】図４はリブ構造の熱光学スイッチの断面図
であり、熱吸収体４１０、下部クラッド４２０、コア４
３０、上部クラッド４４０及び電極４５０とからなる。
一方、リブ構造の導波路を用いる場合、屈折率差が普通
１〜１０％程の屈折率差を有する材料を用いる。屈折率
差が大きい場合、導波路の深さ方向に形成されるエバネ
ッセント（evanesecnt）フィールドの影響を受けるクラ
ッドの厚さを非常に薄く製作できるので、導波路全体の
厚さを１５μm以下に製作することができる。従って、
加わった熱が電極表面から所望の分岐導波路にのみ伝達
され、他の分岐導波路への熱の漏出を大いに減じること
ができる。また、導波路全体の厚さが一般的な埋込み構
造の場合に比べて、１／２以下で、下部の熱吸収体（he
atsink）との距離が短くて熱放出がもっと容易である。
合わせて、スイッチのために加わる駆動電力をずっと低
減することができる。
であり、熱吸収体４１０、下部クラッド４２０、コア４
３０、上部クラッド４４０及び電極４５０とからなる。
一方、リブ構造の導波路を用いる場合、屈折率差が普通
１〜１０％程の屈折率差を有する材料を用いる。屈折率
差が大きい場合、導波路の深さ方向に形成されるエバネ
ッセント（evanesecnt）フィールドの影響を受けるクラ
ッドの厚さを非常に薄く製作できるので、導波路全体の
厚さを１５μm以下に製作することができる。従って、
加わった熱が電極表面から所望の分岐導波路にのみ伝達
され、他の分岐導波路への熱の漏出を大いに減じること
ができる。また、導波路全体の厚さが一般的な埋込み構
造の場合に比べて、１／２以下で、下部の熱吸収体（he
atsink）との距離が短くて熱放出がもっと容易である。
合わせて、スイッチのために加わる駆動電力をずっと低
減することができる。
【０００７】しかし、リブ構造の導波路を使用する場
合、光ファイバーとのモード大きさの差による結合損失
が大きいという短所があって、低損失の光スイッチの製
作には容易でない。結果的に、従来の熱光学スイッチは
埋込み構造やリブ構造の導波路を用いて具現したが、前
記二つの構造ともに下記のような問題点があった。
合、光ファイバーとのモード大きさの差による結合損失
が大きいという短所があって、低損失の光スイッチの製
作には容易でない。結果的に、従来の熱光学スイッチは
埋込み構造やリブ構造の導波路を用いて具現したが、前
記二つの構造ともに下記のような問題点があった。
【０００８】一番目は、埋込み構造の熱光学スイッチ
は、光ファイバーとの結合損失が０．５dB／facet以下
に小さいであるとの長所はあるが、導波路全体の厚さが
普通２５〜４０μmであり、電極と導波路との距離がか
なり離れており、効率的なスイッチの駆動が難しく、ス
イッチ速度が比較的に遅い。二番目は、屈折率差が大き
いリブ構造の導波路を用いると、導波路全体の厚さを１
０μm以下に製作することができて、スイッチのために
加わる駆動電力をもっと少し使用することができて、ス
イッチ速度の改善は可能であるが、光ファイバーとのモ
ード大きさの差による結合損失が大きいであるとの短所
があって、低損失の光スイッチ製作には容易でない。
は、光ファイバーとの結合損失が０．５dB／facet以下
に小さいであるとの長所はあるが、導波路全体の厚さが
普通２５〜４０μmであり、電極と導波路との距離がか
なり離れており、効率的なスイッチの駆動が難しく、ス
イッチ速度が比較的に遅い。二番目は、屈折率差が大き
いリブ構造の導波路を用いると、導波路全体の厚さを１
０μm以下に製作することができて、スイッチのために
加わる駆動電力をもっと少し使用することができて、ス
イッチ速度の改善は可能であるが、光ファイバーとのモ
ード大きさの差による結合損失が大きいであるとの短所
があって、低損失の光スイッチ製作には容易でない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、光ファイバーとの結合損失が０．５db/facet以下に
小さく、かつ電極と導波路及び熱吸収体間の距離をもっ
と近接させ、数百μm以下のスイッチ速度を有しつつ、
駆動電力が低いリブ構造の熱光学スイッチ及びその製作
方法を提供することにある。本発明のさらに他の目的
は、熱光学スイッチを用いて光線路を変更する方法を提
供することにある。
は、光ファイバーとの結合損失が０．５db/facet以下に
小さく、かつ電極と導波路及び熱吸収体間の距離をもっ
と近接させ、数百μm以下のスイッチ速度を有しつつ、
駆動電力が低いリブ構造の熱光学スイッチ及びその製作
方法を提供することにある。本発明のさらに他の目的
は、熱光学スイッチを用いて光線路を変更する方法を提
供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による熱光学スイ
ッチは、入力端と出力端の所定部分がエッチングされた
基板と、前記基板上に形成され、入力端に光ファイバー
から入力された円形モードをリブ構造の楕円モードに変
換する入力テーパと、出力端に前記リブ構造の楕円モー
ドを光ファイバーを入力するための円形モードに変換す
る出力テーパが形成された下部クラッド層と、前記下部
クラッド層上に形成され、前記入力テーパから出力され
た前記楕円モードが伝達され、伝達された前記楕円モー
ドを前記出力テーパに出力するリブ構造の分岐導波路が
形成されたコア層と、前記コア層上に形成された上部ク
ラッド層、及び前記リブ構造の分岐導波路に熱を加えて
前記リブ構造の分岐導波路間の有効屈折率差によって前
記楕円モードが選択的に分岐されるように前記上部クラ
ッド層上に形成されたスイッチ用電極を含む。
ッチは、入力端と出力端の所定部分がエッチングされた
基板と、前記基板上に形成され、入力端に光ファイバー
から入力された円形モードをリブ構造の楕円モードに変
換する入力テーパと、出力端に前記リブ構造の楕円モー
ドを光ファイバーを入力するための円形モードに変換す
る出力テーパが形成された下部クラッド層と、前記下部
クラッド層上に形成され、前記入力テーパから出力され
た前記楕円モードが伝達され、伝達された前記楕円モー
ドを前記出力テーパに出力するリブ構造の分岐導波路が
形成されたコア層と、前記コア層上に形成された上部ク
ラッド層、及び前記リブ構造の分岐導波路に熱を加えて
前記リブ構造の分岐導波路間の有効屈折率差によって前
記楕円モードが選択的に分岐されるように前記上部クラ
ッド層上に形成されたスイッチ用電極を含む。
【００１１】前記他の技術的な課題を解決するための本
発明による熱光学スイッチ製作方法は、（ａ）基板の入
力端と出力端の所定部分をエッチングする段階、（ｂ）
前記基板上に下部クラッド層を形成する段階、（ｃ）前
記下部クラッド層の所定部分に入力テーパと出力テーパ
を形成する段階、（ｄ）前記入力テーパと出力テーパが
形成された下部クラッド層上にコア層を形成する段階、
（ｅ）前記コア層にリブ構造の分岐導波路を前記入力テ
ーパと出力テーパ間に位置するように形成する段階、
（ｆ）前記リブ構造の分岐導波路が形成されたコア層上
に上部クラッド層を形成する段階、及び（ｇ）前記上部
クラッド層上にスイッチング用電極を形成する段階を含
む。
発明による熱光学スイッチ製作方法は、（ａ）基板の入
力端と出力端の所定部分をエッチングする段階、（ｂ）
前記基板上に下部クラッド層を形成する段階、（ｃ）前
記下部クラッド層の所定部分に入力テーパと出力テーパ
を形成する段階、（ｄ）前記入力テーパと出力テーパが
形成された下部クラッド層上にコア層を形成する段階、
（ｅ）前記コア層にリブ構造の分岐導波路を前記入力テ
ーパと出力テーパ間に位置するように形成する段階、
（ｆ）前記リブ構造の分岐導波路が形成されたコア層上
に上部クラッド層を形成する段階、及び（ｇ）前記上部
クラッド層上にスイッチング用電極を形成する段階を含
む。
【００１２】前記技術的な課題を解決するための本発明
による他の熱光学スイッチは入力端の所定領域に光ファ
イバーから入力された円形モードをリブ構造の楕円モー
ドに変換する入力テーパが形成され、出力端の所定領域
に前記リブ構造の楕円モードを光ファイバーを入力する
ための円形モードに変換する出力テーパが形成された基
板と、前記基板上に形成された下部クラッド層と、前記
下部クラッド層上に形成され、前記入力テーパから出力
された前記楕円モードが伝達され、伝達された前記楕円
モードを前記出力テーパに出力するリブ構造の分岐導波
路が形成されたコア層と、前記コア層上に形成された上
部クラッド層、及び前記リブ構造の分岐導波路に熱を加
えて前記リブ構造の分岐導波路間の有効屈折率差によっ
て前記楕円モードが選択的に分岐されるように前記上部
クラッド層上に形成されたスイッチ用電極を含む。
による他の熱光学スイッチは入力端の所定領域に光ファ
イバーから入力された円形モードをリブ構造の楕円モー
ドに変換する入力テーパが形成され、出力端の所定領域
に前記リブ構造の楕円モードを光ファイバーを入力する
ための円形モードに変換する出力テーパが形成された基
板と、前記基板上に形成された下部クラッド層と、前記
下部クラッド層上に形成され、前記入力テーパから出力
された前記楕円モードが伝達され、伝達された前記楕円
モードを前記出力テーパに出力するリブ構造の分岐導波
路が形成されたコア層と、前記コア層上に形成された上
部クラッド層、及び前記リブ構造の分岐導波路に熱を加
えて前記リブ構造の分岐導波路間の有効屈折率差によっ
て前記楕円モードが選択的に分岐されるように前記上部
クラッド層上に形成されたスイッチ用電極を含む。
【００１３】前記他の技術的な課題を解決するための本
発明による熱光学スイッチ製作方法は、（ａ）基板の入
力端の所定領域に入力テーパを形成し、出力端の所定領
域に出力テーパを形成する段階、（ｂ）前記基板上に下
部クラッド層を形成する段階、（ｃ）前記下部クラッド
層上にコア層を形成する段階、（ｄ）前記コア層にリブ
構造の分岐導波路を前記入力テーパと前記出力テーパ間
に位置するように形成する段階、（ｅ）前記リブ構造の
分岐導波路が形成されたコア層上に上部クラッド層を形
成する段階、及び（ｆ）前記上部クラッド層上にスイッ
チ用電極を形成する段階を含む。
発明による熱光学スイッチ製作方法は、（ａ）基板の入
力端の所定領域に入力テーパを形成し、出力端の所定領
域に出力テーパを形成する段階、（ｂ）前記基板上に下
部クラッド層を形成する段階、（ｃ）前記下部クラッド
層上にコア層を形成する段階、（ｄ）前記コア層にリブ
構造の分岐導波路を前記入力テーパと前記出力テーパ間
に位置するように形成する段階、（ｅ）前記リブ構造の
分岐導波路が形成されたコア層上に上部クラッド層を形
成する段階、及び（ｆ）前記上部クラッド層上にスイッ
チ用電極を形成する段階を含む。
【００１４】前記さらに他の技術的な課題を解決するた
めの本発明による熱光学スイッチを用いた光線路変更方
法は、（ａ）入力テーパに入力された光ファイバーの円
形モードをリブ構造の楕円モードに変化させる段階、
（ｂ）前記入力テーパに連結されたリブ構造の分岐導波
路の分岐点付近では電極の表面から熱が一つの分岐導波
路にのみ伝達され、モード進化によって熱を加えない方
の導波路に光線を変更する段階、及び（ｃ）前記（ｂ）
段階から線路が変更された前記楕円モードは前記リブ構
造の分岐導波路に連結された出力テーパを通過しつつ、
リブ構造の楕円モードを光ファイバーの円形モードに変
化させる段階を含む。
めの本発明による熱光学スイッチを用いた光線路変更方
法は、（ａ）入力テーパに入力された光ファイバーの円
形モードをリブ構造の楕円モードに変化させる段階、
（ｂ）前記入力テーパに連結されたリブ構造の分岐導波
路の分岐点付近では電極の表面から熱が一つの分岐導波
路にのみ伝達され、モード進化によって熱を加えない方
の導波路に光線を変更する段階、及び（ｃ）前記（ｂ）
段階から線路が変更された前記楕円モードは前記リブ構
造の分岐導波路に連結された出力テーパを通過しつつ、
リブ構造の楕円モードを光ファイバーの円形モードに変
化させる段階を含む。
【００１５】以下では、添付された図を参照して、本発
明を詳細に説明する。図５ａ及び図５ｂは本発明による
リブ構造の熱光学スイッチの入出力端の断面及び分岐領
域の断面図であり、基板５１０、下部クラッド層５２
０、コア層５３０、上部クラッド層５４０及び電極５５
０とからなる。前記基板５１０は、入力端に入力テーパ
が位置する所定の領域が１０〜１５μmがエッチングさ
れ、出力端に出力テーパが位置する所定の領域が１０〜
１５μmがエッチングされた熱吸収体用シリコン基板で
ある。
明を詳細に説明する。図５ａ及び図５ｂは本発明による
リブ構造の熱光学スイッチの入出力端の断面及び分岐領
域の断面図であり、基板５１０、下部クラッド層５２
０、コア層５３０、上部クラッド層５４０及び電極５５
０とからなる。前記基板５１０は、入力端に入力テーパ
が位置する所定の領域が１０〜１５μmがエッチングさ
れ、出力端に出力テーパが位置する所定の領域が１０〜
１５μmがエッチングされた熱吸収体用シリコン基板で
ある。
【００１６】前記下部クラッド層５２０は前記入力テー
パと前記出力テーパがエッチングされ形成されており、
前記コア層５３０との屈折率差が１％〜２％である材料
を用いて形成された層である。前記コア層５３０はリブ
構造の導波路パターンが形成された層である。前記上部
クラッド層５４０はコア層５３０との屈折率差が１％〜
１５％である材料を用いて形成された層でする。前記電
極５５０は上部クラッド層５４０上に伝導性金属膜を形
成し、フォトリソグラフィー及びエッチング工程を用い
て形成されたスイッチ用電極である。
パと前記出力テーパがエッチングされ形成されており、
前記コア層５３０との屈折率差が１％〜２％である材料
を用いて形成された層である。前記コア層５３０はリブ
構造の導波路パターンが形成された層である。前記上部
クラッド層５４０はコア層５３０との屈折率差が１％〜
１５％である材料を用いて形成された層でする。前記電
極５５０は上部クラッド層５４０上に伝導性金属膜を形
成し、フォトリソグラフィー及びエッチング工程を用い
て形成されたスイッチ用電極である。
【００１７】図６ａ乃至図６ｇは本発明による熱光学ス
イッチの製作過程を示す。図６ａのように、熱吸収体
（heat sink）用基板６１０上の入力端に入力テーパが
位置する所定の領域を１０〜１５μmの深さにエッチン
グし、出力端に出力テーパが位置する所定の領域を１０
〜１５μmの深さにエッチングする。図６ｂのように、
基板６１０上に下部クラッド層６２０を形成する。図６
ｃのように、下部クラッド層６２０にフォトリソグラフ
ィーとエッチング工程を用いて、前記入力テーパと出力
テーパを形成する。図６ｄのように、前記入力テーパと
出力テーパが形成された下部クラッド層６２０上に下部
クラッド層６２０との屈折率差が１％〜２％である材料
を用いて所定の厚さを有するコア層６３０を形成する。
図６ｅのように、コア層６３０にフォトリソグラフィー
とエッチング工程を用いてリブ構造のコアを形成する。
図６ｆのように、前記リブ構造の分岐導波路が形成され
たコア層６３０上にコア層６３０との屈折率差が１％〜
１５％である材料を用いて上部クラッド層６４０を形成
する。図６ｇのように、上部クラッド層６４０上に伝導
性金属膜を形成し、フォトリソグラフィー及びエッチン
グ工程を用いて電極６５０を形成する。
イッチの製作過程を示す。図６ａのように、熱吸収体
（heat sink）用基板６１０上の入力端に入力テーパが
位置する所定の領域を１０〜１５μmの深さにエッチン
グし、出力端に出力テーパが位置する所定の領域を１０
〜１５μmの深さにエッチングする。図６ｂのように、
基板６１０上に下部クラッド層６２０を形成する。図６
ｃのように、下部クラッド層６２０にフォトリソグラフ
ィーとエッチング工程を用いて、前記入力テーパと出力
テーパを形成する。図６ｄのように、前記入力テーパと
出力テーパが形成された下部クラッド層６２０上に下部
クラッド層６２０との屈折率差が１％〜２％である材料
を用いて所定の厚さを有するコア層６３０を形成する。
図６ｅのように、コア層６３０にフォトリソグラフィー
とエッチング工程を用いてリブ構造のコアを形成する。
図６ｆのように、前記リブ構造の分岐導波路が形成され
たコア層６３０上にコア層６３０との屈折率差が１％〜
１５％である材料を用いて上部クラッド層６４０を形成
する。図６ｇのように、上部クラッド層６４０上に伝導
性金属膜を形成し、フォトリソグラフィー及びエッチン
グ工程を用いて電極６５０を形成する。
【００１８】図７ａ乃至図７ｆは本発明による他の熱光
学スイッチの製作過程を示す。図７ａのように、熱吸収
体用シリコン基板７１０上にフォトリソグラフィーとエ
ッチング工程で入力端の所定領域を１０〜１５μmの深
さにエッチングし、入力テーパを形成し、出力端の所定
領域を１０〜１５μmの深さにエッチングし、出力テー
パを形成する。図７ｂのように、前記入力テーパと出力
テーパが形成されたシリコン基板７１０を酸素雰囲気で
加熱できる炉に酸素を吹き込みつつ、１０００〜２００
０℃の温度で加熱しながら、一定時間維持させると、Ｓ
ｉＯ2下部クラッド層７２０が形成される。この時、前
記ＳｉＯ2膜の厚さは１．５〜５μmが適合である。図７
ｃのように、下部クラッド層７２０上に下部クラッド層
７２０との屈折率差が１％〜２％である材料を用いて所
定の厚さを有するコア層７３０を形成する。図７ｄのよ
うに、コア層７３０にフォトリソグラフィーとエッチン
グ工程を用いてリブ構造の分岐導波路を形成する。図７
ｅのように、前記リブ構造の分岐導波路が形成されたコ
ア層７３０上にコア層７３０との屈折率差が１％〜１５
％である材料を用いて上部クラッド層７４０を形成す
る。図７ｆのように、上部クラッド層７４０上に伝導性
金属膜を形成し、フォトリソグラフィー及びエッチング
工程を用いて電極７５０を形成する。
学スイッチの製作過程を示す。図７ａのように、熱吸収
体用シリコン基板７１０上にフォトリソグラフィーとエ
ッチング工程で入力端の所定領域を１０〜１５μmの深
さにエッチングし、入力テーパを形成し、出力端の所定
領域を１０〜１５μmの深さにエッチングし、出力テー
パを形成する。図７ｂのように、前記入力テーパと出力
テーパが形成されたシリコン基板７１０を酸素雰囲気で
加熱できる炉に酸素を吹き込みつつ、１０００〜２００
０℃の温度で加熱しながら、一定時間維持させると、Ｓ
ｉＯ2下部クラッド層７２０が形成される。この時、前
記ＳｉＯ2膜の厚さは１．５〜５μmが適合である。図７
ｃのように、下部クラッド層７２０上に下部クラッド層
７２０との屈折率差が１％〜２％である材料を用いて所
定の厚さを有するコア層７３０を形成する。図７ｄのよ
うに、コア層７３０にフォトリソグラフィーとエッチン
グ工程を用いてリブ構造の分岐導波路を形成する。図７
ｅのように、前記リブ構造の分岐導波路が形成されたコ
ア層７３０上にコア層７３０との屈折率差が１％〜１５
％である材料を用いて上部クラッド層７４０を形成す
る。図７ｆのように、上部クラッド層７４０上に伝導性
金属膜を形成し、フォトリソグラフィー及びエッチング
工程を用いて電極７５０を形成する。
【００１９】本発明の熱光学スイッチ製作方法により製
作されたディジタル熱光学スイッチを用いる場合の光線
路変更は次の段階からなる。 １．入力テーパに光が入力される。入力テーパは光ファ
イバーのモードと大きさが類似である円形モードをリブ
構造の楕円モードに変化させる。この時、テーパ構造に
より光ファイバーとの結合損失は０．５dB／facet以下
である。 ２．前記入力テーパに連結されたリブ構造の分岐導波路
の分岐点付近では電極の表面から熱が一つの分岐導波路
にのみ伝達され、その導波路の有効屈折率が相対的に小
さくなるので、モード進化によって熱を加えない方の分
岐導波路へ光線路が変更される。この時、分岐導波路の
コアと電極との距離は１５μm以下に近接するように製
作されて、熱が所望の導波路へ効率的に集中されるの
で、駆動電力の消耗を低減することができる。
作されたディジタル熱光学スイッチを用いる場合の光線
路変更は次の段階からなる。 １．入力テーパに光が入力される。入力テーパは光ファ
イバーのモードと大きさが類似である円形モードをリブ
構造の楕円モードに変化させる。この時、テーパ構造に
より光ファイバーとの結合損失は０．５dB／facet以下
である。 ２．前記入力テーパに連結されたリブ構造の分岐導波路
の分岐点付近では電極の表面から熱が一つの分岐導波路
にのみ伝達され、その導波路の有効屈折率が相対的に小
さくなるので、モード進化によって熱を加えない方の分
岐導波路へ光線路が変更される。この時、分岐導波路の
コアと電極との距離は１５μm以下に近接するように製
作されて、熱が所望の導波路へ効率的に集中されるの
で、駆動電力の消耗を低減することができる。
【００２０】３．光線路を変更する場合、電極に流れる
電流を遮断すると共に、加わった導波路の熱は下部の熱
吸収体に放出されると共に、他の分岐導波路に熱が加わ
って光線路が変更される。この時、分岐導波路と下部熱
吸収体の距離が非常に近接して熱放出が容易である。こ
の時のスイッチの断続時間は数百μm以下である。
電流を遮断すると共に、加わった導波路の熱は下部の熱
吸収体に放出されると共に、他の分岐導波路に熱が加わ
って光線路が変更される。この時、分岐導波路と下部熱
吸収体の距離が非常に近接して熱放出が容易である。こ
の時のスイッチの断続時間は数百μm以下である。
【００２１】４．線路が変更された光は分岐導波路に連
結された出力テーパ領域を通過しつつ、リブ構造の楕円
モードから光ファイバーのモードと大きさが類似である
円形モードを変化させる。この時、テーパ構造により光
ファイバーとの結合損失は０．５dB／facet以下であ
る。表１は従来のスイッチ構造と本発明で提案したスイ
ッチ構造との特性を比較したものである。
結された出力テーパ領域を通過しつつ、リブ構造の楕円
モードから光ファイバーのモードと大きさが類似である
円形モードを変化させる。この時、テーパ構造により光
ファイバーとの結合損失は０．５dB／facet以下であ
る。表１は従来のスイッチ構造と本発明で提案したスイ
ッチ構造との特性を比較したものである。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によると、テ
ーパが入出力端に位置し、光ファイバーを通じて入力さ
れた光の結合損失を最小化すると共に、電極と分岐光導
波路、熱吸収体が１５μm以下に近接するように製作さ
れるので、電極表面から加わった熱が所望の分岐導波路
にのみ伝達され、その他の分岐導波路への熱の漏出を大
いに減じることができるので、駆動電流を低減すること
ができる。また、下部の熱吸収体との距離が短くて、熱
放出がさらに容易であるので、スイッチ時間を短縮させ
ることができる。
ーパが入出力端に位置し、光ファイバーを通じて入力さ
れた光の結合損失を最小化すると共に、電極と分岐光導
波路、熱吸収体が１５μm以下に近接するように製作さ
れるので、電極表面から加わった熱が所望の分岐導波路
にのみ伝達され、その他の分岐導波路への熱の漏出を大
いに減じることができるので、駆動電流を低減すること
ができる。また、下部の熱吸収体との距離が短くて、熱
放出がさらに容易であるので、スイッチ時間を短縮させ
ることができる。
【図１】 ディジタル熱光学スイッチを示す図である。
【図２】 モード進化原理を用いたディジタル熱光学ス
イッチの動作原理を示す図である。
イッチの動作原理を示す図である。
【図３】 埋込み構造の熱光学スイッチの断面図であ
る。
る。
【図４】 リブ構造の熱光学スイッチの断面図である。
【図５】 ５ａは本発明によるリブ構造の熱光学スイッ
チの入出力端の断面図であり、５ｂは本発明によるリブ
構造の熱光学スイッチの分岐領域の断面図である。
チの入出力端の断面図であり、５ｂは本発明によるリブ
構造の熱光学スイッチの分岐領域の断面図である。
【図６】 ６ａ乃至６ｇは、本発明によるリブ構造の熱
光学スイッチの製作過程を示す図である。
光学スイッチの製作過程を示す図である。
【図７】 ７ａ乃至７ｆは、本発明による他のリブ構造
の熱光学スイッチの製作過程を示す図である。
の熱光学スイッチの製作過程を示す図である。
１１０ 基板
１２０ 下部クラッド層
１３０ コア層
１４０ 上部クラッド層
１５０ ヒーター
２１０ 分岐導波路
２２０ 電極
３１０ 熱吸収体
３２０ クラッド
３３０ コア
３４０ 電極
５１０ 基板
５２０ 下部クラッド層
５３０ コア層
５４０ 上部クラッド層
５５０ 電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 李 勇雨
大韓民国ソウル特別市麻浦區桃花２洞83
番地
(72)発明者 李 泰衡
大韓民国京畿道城南市盆唐區亭子洞121
(56)参考文献 特開 平10−319445（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−211500（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−168718（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−246899（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−178973（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−257110（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02F 1/313
G02B 6/12
Claims (19)
- 【請求項１】 一つの入力端と二つの出力端の所定部分
がエッチングされた基板と、 前記基板上に形成され、入力端に光ファイバーから入力
された円形モードをリブ構造の楕円モードに変換する入
力テーパと、出力端に前記リブ構造の楕円モードを光フ
ァイバーの入力のための円形モードに変換する出力テー
パが形成された下部クラッド層と、 前記下部クラッド層上に形成され、前記入力テーパから
出力された前記楕円モードが伝達され、伝達された前記
楕円モードを前記出力テーパに出力するリブ構造の分岐
導波路が形成されたコア層と、 前記コア層上に形成された上部クラッド層、及び前記リ
ブ構造の分岐導波路に熱を加えて、前記リブ構造の分岐
導波路間の有効屈折率差により前記楕円モードが選択的
に分岐されるように前記上部クラッド層上に形成された
スイッチ用電極を含む熱光学スイッチ。 - 【請求項２】 前記基板は、 前記入力端に前記入力テーパが位置する所定の領域を１
０〜１５μmの深さにエッチングし、前記出力端に前記
出力テーパが位置する所定領域を１０〜１５μmの深さ
にエッチングした熱吸収体である請求項１に記載の熱光
学スイッチ。 - 【請求項３】 （ａ）基板の入力端と出力端の所定部分
をエッチングする段階と、 （ｂ）前記基板上に下部クラッド層を形成する段階と、 （ｃ）前記下部クラッド層の所定部分に一つの入力テー
パと二つの出力テーパを形成する段階と、 （ｄ）前記入力テーパと出力テーパが形成された下部ク
ラッド層上にコア層を形成する段階と、 （ｅ）前記コア層にリブ構造の分岐導波路を前記入力テ
ーパと出力テーパ間に位置するように形成する段階と、 （ｆ）前記リブ構造の分岐導波路が形成されたコア層上
に上部クラッド層を形成する段階、及び （ｇ）前記上部クラッド層上にスイッチング用電極を形
成する段階を含む熱光学スイッチ製作方法。 - 【請求項４】 前記（ａ）段階は、 前記入力端に前記入力テーパが位置する所定の領域を１
０〜１５μmの深さにエッチングし、前記出力端に前記
出力テーパが位置する所定の領域を１０〜１５μmの深
さにエッチングした熱吸収体を形成する請求項３に記載
の熱光学スイッチ製作方法。 - 【請求項５】 前記（ｂ）段階は、 前記コア層と前記上部クラッド層間の屈折率差が１％〜
２％である材料を用いて、前記下部クラッド層を形成す
る請求項３に記載の熱光学スイッチ製作方法。 - 【請求項６】 前記（ｆ）段階は、 前記コア層と前記上部クラッド層間の屈折率差が１％〜
１５％である材料を用いる請求項３に記載の熱光学スイ
ッチ製作方法。 - 【請求項７】 前記（ｇ）段階は、 前記上部クラッド層に伝導性金属膜を形成し、フォトリ
ソグラフィー及びエッチング工程を用いて電極を形成す
る請求項３に記載の熱光学スイッチ製作方法。 - 【請求項８】 一つの入力端の所定領域に光ファイバー
から入力された円形モードをリブ構造の楕円モードに変
換する入力テーパが形成され、二つの出力端の所定領域
に前記リブ構造の楕円モードを光ファイバーの入力のた
めの円形モードに変換する出力テーパが形成された基板
と、 前記基板上に形成された下部クラッド層と、 前記下部クラッド層上に形成され、前記入力テーパから
出力された前記楕円モードが伝達され、伝達された前記
楕円モードを前記出力テーパに出力するリブ構造の分岐
導波路が形成されたコア層と、 前記コア層上に形成された上部クラッド層、及び前記リ
ブ構造の分岐導波路に熱を加えて、前記リブ構造の分岐
導波路間の有効屈折率差により前記楕円モードが選択的
に分岐されるように前記上部クラッド層上に形成された
スイッチ用電極を含む熱光学スイッチ。 - 【請求項９】 前記基板は、前記入力端の所定の領域が
１０〜１５μmの深さにエッチングされ前記入力テーパ
が形成されて、前記出力端の所定の領域が１０〜１５μ
mの深さにエッチングされ前記出力テーパが形成された
熱吸収体である請求項８に記載の熱光学スイッチ。 - 【請求項１０】 （ａ）基板の一つの入力端の所定領域
に入力テーパを形成し、二つの出力端の所定領域に出力
テーパを形成する段階と、 （ｂ）前記基板上に下部クラッド層を形成する段階と、 （ｃ）前記下部クラッド層上にコア層を形成する段階
と、 （ｄ）前記コア層にリブ構造の分岐導波路を前記入力テ
ーパと前記出力テーパ間に位置するように形成する段階
と、 （ｅ）前記リブ構造の分岐導波路が形成されたコア層上
に上部クラッド層を形成する段階、及び （ｆ）前記上部クラッド層上にスイッチ用電極を形成す
る段階を含む熱光学スイッチ製作方法。 - 【請求項１１】 前記（ａ）段階は、 前記入力端の所定領域を１０〜１５μmの深さにエッチ
ングして前記入力テーパを形成し、前記出力端の所定領
域を１０〜１５μmの深さにエッチングして前記出力テ
ーパを形成する請求項１０に記載の熱光学スイッチ製作
方法。 - 【請求項１２】 前記（ｂ）段階は、 前記入力テーパと前記出力テーパが形成された基板を酸
素雰囲気で加熱できる炉に一定時間位置させ、酸素を吹
き込みつつ、１０００〜２０００℃の温度に加熱する
と、膜の厚さが１．５〜５μmであるＳｉＯ２膜が形成
された下部クラッド層が形成される請求項１０に記載の
熱光学スイッチ製作方法。 - 【請求項１３】 前記（ｃ）段階は、 前記コア層との屈折率差が１％〜２％である材料を用い
て前記下部クラッド層を形成する請求項１０に記載の熱
光学スイッチ製作方法。 - 【請求項１４】 前記（ｅ）段階は、 前記コア層と前記上部クラッド層間の屈折率差が１％〜
１５％である材料を用いる請求項１０に記載の熱光学ス
イッチ製作方法。 - 【請求項１５】 前記（ｆ）段階は、 前記上部クラッド層に伝導性金属膜を形成し、フォトリ
ソグラフィー及びエッチング工程を用いて電極を形成す
る請求項１０に記載の熱光学スイッチ製作方法。 - 【請求項１６】 熱光学スイッチを用いて光線路を変更
する方法において、 （ａ）一つの入力テーパに入力された光ファイバーの円
形モードをリブ構造の楕円モードに変化させる段階と、 （ｂ）前記入力テーパに連結されたリブ構造の分岐導波
路の分岐点付近では、電極の表面から熱が一つの分岐導
波路にのみ伝達され、モード進化によって熱を加えない
方の導波路へ光線路を変更する段階と、 （ｃ）前記（ｂ）段階から線路が変更された前記楕円モ
ードは、前記リブ構造の分岐導波路に連結された二つの
出力テーパを通過しつつ、リブ構造の楕円モードを光フ
ァイバーの円形モードに変化させる段階をさらに含む熱
光学スイッチを用いた光線路変更方法。 - 【請求項１７】 前記（ａ）段階は、 前記入力テーパと光ファイバーの結合損失が０．５dB／
facet以下である請求項１６に記載の熱光学スイッチを
用いた光線路変更方法。 - 【請求項１８】 前記（ｂ）段階は、 前記電極に流れる電流を遮断すると共に、加わった分岐
導波路の熱は下部の熱吸収体に放出されると共に、他の
分岐導波路に熱が加わって光線路が変更される請求項１
６に記載の熱光学スイッチを用いた光線路変更方法。 - 【請求項１９】 前記（ｃ）段階は、 前記出力テーパと光ファイバーの結合損失が０．５dB／
facet以下である請求項１６に記載の熱光学スイッチを
用いた光線路変更方法。
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|---|---|
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-
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-
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