JP3534385B2 - 熱光学スイッチ - Google Patents
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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
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- G02F1/065—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on electro-optical organic material in an optical waveguide structure
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、石英系光導波路を
用いた集積型光スイッチに関し、詳しくは、石英系光導
波路の一部に溝を加工し、その溝に有機材料を充填し
て、その有機材料の熱光学効果を利用してスイッチング
を行う熱光学スイッチに関するものである。
用いた集積型光スイッチに関し、詳しくは、石英系光導
波路の一部に溝を加工し、その溝に有機材料を充填し
て、その有機材料の熱光学効果を利用してスイッチング
を行う熱光学スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、石英系光導波路を用いた集積型熱
光学スイッチに関しては、例えば M.Okuno et al.,”8x
8 optical matrix switch using silica-based plannea
lightwave circuits,”IEICE Trans.Electron.,vol.76
-C,no.7,pp.1215-1223,July 1993. に詳しく述べられて
いる。
光学スイッチに関しては、例えば M.Okuno et al.,”8x
8 optical matrix switch using silica-based plannea
lightwave circuits,”IEICE Trans.Electron.,vol.76
-C,no.7,pp.1215-1223,July 1993. に詳しく述べられて
いる。
【０００３】このスイッチを図９に、また図９のＣＣ′
線の拡大断面図を図１０に示す。
線の拡大断面図を図１０に示す。
【０００４】これは、２つの方向性結合器を用いたマッ
ハツェンダ干渉計になっており、２本のアーム光導波路
４ａ，４ｂの光路長差をアーム光導波路の表面に配置し
た薄膜ヒータで制御することによりスイッチングを行う
ものである。例えば、薄膜ヒータを駆動していない状態
では２本のアーム光導波路４ａ，４ｂはその光路長が等
しく、入力ポート２ａから入射した光は出力ポート２ｄ
から出射され、入力ポート２ｂから入射した光は出力ポ
ート２ｃから出射される。
ハツェンダ干渉計になっており、２本のアーム光導波路
４ａ，４ｂの光路長差をアーム光導波路の表面に配置し
た薄膜ヒータで制御することによりスイッチングを行う
ものである。例えば、薄膜ヒータを駆動していない状態
では２本のアーム光導波路４ａ，４ｂはその光路長が等
しく、入力ポート２ａから入射した光は出力ポート２ｄ
から出射され、入力ポート２ｂから入射した光は出力ポ
ート２ｃから出射される。
【０００５】ここで、薄膜ヒータに電流を流し、２本の
アーム光導波路４ａ，４ｂの光路長差に１／２波長を与
えると、入力ポート２ａから入射した光は出力ポート２
ｃから出射される。すなわち光のスイッチングが実現さ
れる。このスイッチは多段構成による集積化が可能であ
るため近年の光ネットワーク構築においてそのニーズが
高まりつつある。
アーム光導波路４ａ，４ｂの光路長差に１／２波長を与
えると、入力ポート２ａから入射した光は出力ポート２
ｃから出射される。すなわち光のスイッチングが実現さ
れる。このスイッチは多段構成による集積化が可能であ
るため近年の光ネットワーク構築においてそのニーズが
高まりつつある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来技術で紹介した熱
光学スイッチでは、およそ０．５ワットの消費電力が必
要であった。よって、１０個オーダーを同一基板上に集
積したものでは数ワットの発熱があった。このようなス
イッチを交換機や伝送装置に組み込む際、その実装密度
はスイッチ部の発熱量で制限される。このため導波型光
スイッチの省電力化が課題となっていた。
光学スイッチでは、およそ０．５ワットの消費電力が必
要であった。よって、１０個オーダーを同一基板上に集
積したものでは数ワットの発熱があった。このようなス
イッチを交換機や伝送装置に組み込む際、その実装密度
はスイッチ部の発熱量で制限される。このため導波型光
スイッチの省電力化が課題となっていた。
【０００７】本発明の目的は、導波型光スイッチの省電
力化をはかることが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。
力化をはかることが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明の概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。 （１）基板上で２本の光導波路を２箇所で近接させてな
る２つの方向性結合器と、前記方向性結合器を連結する
２本のアーム光導波路と、前記アーム光導波路に熱光学
効果を与えて伝搬光の位相をシフトする薄膜ヒータから
なるマッハツェンダー型の熱光学スイッチにおいて、前
記薄膜ヒータは、前記２本のアーム光導波路の間に配置
され、前記２本のアーム光導波路の途中に当該アーム光
導波路を分断する溝が各々配置され、該溝に前記熱光学
効果を与えるべきアーム光導波路の熱光学定数より大き
い熱光学定数を持つ有機材料が充填され、一方のアーム
光導波路を分断する溝は、前記薄膜ヒータに近接する前
記薄膜ヒータの加熱によって温度が上昇する領域に配置
され、他方のア−ム光導波路を分断する溝は前記温度が
上昇する領域の外に配置されてなることを特徴とする。
発明の概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。 （１）基板上で２本の光導波路を２箇所で近接させてな
る２つの方向性結合器と、前記方向性結合器を連結する
２本のアーム光導波路と、前記アーム光導波路に熱光学
効果を与えて伝搬光の位相をシフトする薄膜ヒータから
なるマッハツェンダー型の熱光学スイッチにおいて、前
記薄膜ヒータは、前記２本のアーム光導波路の間に配置
され、前記２本のアーム光導波路の途中に当該アーム光
導波路を分断する溝が各々配置され、該溝に前記熱光学
効果を与えるべきアーム光導波路の熱光学定数より大き
い熱光学定数を持つ有機材料が充填され、一方のアーム
光導波路を分断する溝は、前記薄膜ヒータに近接する前
記薄膜ヒータの加熱によって温度が上昇する領域に配置
され、他方のア−ム光導波路を分断する溝は前記温度が
上昇する領域の外に配置されてなることを特徴とする。
【０００９】（２）前記手段（１）の熱光学スイッチに
おいて、前記アーム光導波路及びヒータの外側端部に熱
伝導防止用溝が配置されてなることを特徴とする。
おいて、前記アーム光導波路及びヒータの外側端部に熱
伝導防止用溝が配置されてなることを特徴とする。
【００１０】（３）前記手段（１）又は（２）の熱光学
スイッチにおいて、前記２本のアーム光導波路の双方
に、２本のアーム間で溝の全長が等しくなるように複数
個に分割された溝が配置されていることを特徴とする。
スイッチにおいて、前記２本のアーム光導波路の双方
に、２本のアーム間で溝の全長が等しくなるように複数
個に分割された溝が配置されていることを特徴とする。
【００１１】（４）前記手段（３）の熱光学スイッチに
おいて、前記複数の溝間の間隔が３０マイクロメートル
（μｍ）〜１００マイクロメートル（μｍ）であること
を特徴とする。
おいて、前記複数の溝間の間隔が３０マイクロメートル
（μｍ）〜１００マイクロメートル（μｍ）であること
を特徴とする。
【００１２】以下、本発明について、図面を参照して実
施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。なお、実
施例を説明するための全図において、同一機能を有する
ものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略す
る。
施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。なお、実
施例を説明するための全図において、同一機能を有する
ものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略す
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本発明によ
る実施形態１の光導波路を用いた熱光学スイッチの概略
構成を示す平面図、図２は図１の薄膜ヒータ近傍の拡大
図、図３は図１のＡ−Ａ′線で切った拡大断面図、図４
は図２のＢ−Ｂ′線で切った拡大断面図である。
る実施形態１の光導波路を用いた熱光学スイッチの概略
構成を示す平面図、図２は図１の薄膜ヒータ近傍の拡大
図、図３は図１のＡ−Ａ′線で切った拡大断面図、図４
は図２のＢ−Ｂ′線で切った拡大断面図である。
【００１４】本実施形態１の熱光学スイッチは、シリコ
ン基板上の石英系光導波路を用いたマッハツェンダ干渉
計型のスイッチである。ただし、従来の熱光学スイッチ
が石英ガラスの熱光学効果を利用していたのに対し、本
発明の熱光学スイッチはシリコーン樹脂などの有機材料
の熱光学効果を利用してスイッチング機能を実現してい
る。
ン基板上の石英系光導波路を用いたマッハツェンダ干渉
計型のスイッチである。ただし、従来の熱光学スイッチ
が石英ガラスの熱光学効果を利用していたのに対し、本
発明の熱光学スイッチはシリコーン樹脂などの有機材料
の熱光学効果を利用してスイッチング機能を実現してい
る。
【００１５】図１乃至図４において、１は基板（例えば
シリコン基板を用いる）、２は入出力ポート、２ａは第
１の入力ポート、２ｂは第２の入力ポート、２ｃは第１
の出力ポート、２ｄは第２の出力ポート、３は方向性結
合器（例えば３ｄＢのものを用いる）、４は光導波路
（例えば石英系ガラスを用いる）、４ａは第１のアーム
光導波路、４ｂは第２のアーム光導波路、４ｃはクラッ
ドガラス、５は薄膜ヒータ（例えばＣｒをからなる）、
５ａ，５ｂは薄膜ヒータの電極、５ｃは薄膜ヒータ保存
膜、６は有機材料（例えばシリコーン樹脂を用いる）が
充填されている溝、６ａはシリコーン樹脂、７はシリコ
ーン樹脂を塗布した領域である。
シリコン基板を用いる）、２は入出力ポート、２ａは第
１の入力ポート、２ｂは第２の入力ポート、２ｃは第１
の出力ポート、２ｄは第２の出力ポート、３は方向性結
合器（例えば３ｄＢのものを用いる）、４は光導波路
（例えば石英系ガラスを用いる）、４ａは第１のアーム
光導波路、４ｂは第２のアーム光導波路、４ｃはクラッ
ドガラス、５は薄膜ヒータ（例えばＣｒをからなる）、
５ａ，５ｂは薄膜ヒータの電極、５ｃは薄膜ヒータ保存
膜、６は有機材料（例えばシリコーン樹脂を用いる）が
充填されている溝、６ａはシリコーン樹脂、７はシリコ
ーン樹脂を塗布した領域である。
【００１６】本実施形態１の熱光学スイッチは、図１乃
至図４に示すように、基板（シリコン基板）１上で２本
の光導波路（石英系光導波路）２を２箇所で近接させて
なる２つの方向性結合器（３ｄＢ）３と、この方向性結
合器３を連結する２本のアーム光導波路４ａ，４ｂと、
前記アーム光導波路４ａ，４ｂに熱光学効果を与えて伝
搬光の位相をシフトする薄膜ヒータ（例えばＣｒを用い
る）５からなるマッハツェンダー型の熱光学スイッチで
あって、少なくとも前記熱光学効果を与えるべきアーム
光導波路４ａ，４ｂの途中に当該アーム光導波路４ａ，
４ｂを分断する溝６が配置され、この溝６に前記熱光学
効果を与えるべきアーム光導波路４ａ，４ｂの熱光学定
数より大きい熱光学定数を持つ有機材料が充填されてな
る。
至図４に示すように、基板（シリコン基板）１上で２本
の光導波路（石英系光導波路）２を２箇所で近接させて
なる２つの方向性結合器（３ｄＢ）３と、この方向性結
合器３を連結する２本のアーム光導波路４ａ，４ｂと、
前記アーム光導波路４ａ，４ｂに熱光学効果を与えて伝
搬光の位相をシフトする薄膜ヒータ（例えばＣｒを用い
る）５からなるマッハツェンダー型の熱光学スイッチで
あって、少なくとも前記熱光学効果を与えるべきアーム
光導波路４ａ，４ｂの途中に当該アーム光導波路４ａ，
４ｂを分断する溝６が配置され、この溝６に前記熱光学
効果を与えるべきアーム光導波路４ａ，４ｂの熱光学定
数より大きい熱光学定数を持つ有機材料が充填されてな
る。
【００１７】以下に本実施形態１の熱光学スイッチの動
作原理を説明する。薄膜ヒータ５の電極５ａ，５ｂに電
圧を印加しない場合、２本のアーム光導波路４ａ，４ｂ
は、全体として同じ光路長になるように設計されている
ため、第１の入力ポート２ａから入射した光は第２の出
力ポート２ｄから出射される。
作原理を説明する。薄膜ヒータ５の電極５ａ，５ｂに電
圧を印加しない場合、２本のアーム光導波路４ａ，４ｂ
は、全体として同じ光路長になるように設計されている
ため、第１の入力ポート２ａから入射した光は第２の出
力ポート２ｄから出射される。
【００１８】次に、薄膜ヒータ５の電極５ａ，５ｂに電
圧を印加して加熱すると、図２の斜線で示す領域８の温
度が上昇する。この場合、２本のアーム光導波路４ａ，
４ｂにとって溝６以外の部分は、対象につくられている
ため光路長差は生じない。しかし、温度上昇がある領域
には、第１のアーム光導波路４ａにのみ溝が形成されて
おり、その溝６に充填したシリコーン樹脂（有機材料）
６ａが−３．７×１０~4（１／℃）の熱光学定数を有す
るのに対して石英系ガラスの熱光学定数が１×１０~
5（１／℃）であるため、２本のアーム光導波路４ａ，
４ｂに光路長差が発生する。
圧を印加して加熱すると、図２の斜線で示す領域８の温
度が上昇する。この場合、２本のアーム光導波路４ａ，
４ｂにとって溝６以外の部分は、対象につくられている
ため光路長差は生じない。しかし、温度上昇がある領域
には、第１のアーム光導波路４ａにのみ溝が形成されて
おり、その溝６に充填したシリコーン樹脂（有機材料）
６ａが−３．７×１０~4（１／℃）の熱光学定数を有す
るのに対して石英系ガラスの熱光学定数が１×１０~
5（１／℃）であるため、２本のアーム光導波路４ａ，
４ｂに光路長差が発生する。
【００１９】本実施形態１では、薄膜ヒータ５の長さを
１ミリメートル、溝の長さを１５マイクロメートル、溝
６の間隔を５０マイクロメートル、アーム光導波路４の
１本当りの溝６の本数を２０本、２本のアーム光導波路
４ａ，４ｂの間隔を５０マイクロメートル、薄膜ヒータ
５の幅を２０マイクロメートル、溝６の深さを３０マイ
クロメートルに設計した。
１ミリメートル、溝の長さを１５マイクロメートル、溝
６の間隔を５０マイクロメートル、アーム光導波路４の
１本当りの溝６の本数を２０本、２本のアーム光導波路
４ａ，４ｂの間隔を５０マイクロメートル、薄膜ヒータ
５の幅を２０マイクロメートル、溝６の深さを３０マイ
クロメートルに設計した。
【００２０】ここで、薄膜ヒータ５をシリコーン樹脂
（有機材料）６ａの真上に配置していない理由は、プロ
セス的にシリコーン樹脂６ａの上に薄膜ヒータ５を形成
することが難しかったためである。よって、薄膜ヒータ
５をシリコーン樹脂６ａの真上からずらすことは本発明
の本質的な項目ではなく、プロセス的に可能になれば、
より消費電力の小さな熱光学スイッチが実現される。
（有機材料）６ａの真上に配置していない理由は、プロ
セス的にシリコーン樹脂６ａの上に薄膜ヒータ５を形成
することが難しかったためである。よって、薄膜ヒータ
５をシリコーン樹脂６ａの真上からずらすことは本発明
の本質的な項目ではなく、プロセス的に可能になれば、
より消費電力の小さな熱光学スイッチが実現される。
【００２１】本実施形態１の場合、アーム光導波路４
ａ，４ｂのコアの位置において約７℃の温度上昇で信号
光１．５５マイクロメートルの１／２波長の光路長差が
生じた。この時の薄膜ヒータ５への供給電力、すなわち
スイッチ電力は４２ミリワットであった。この値は従来
の熱光学スイッチの１０分の１以下の値であり、本実施
形態１の熱光学スイッチの消費電力が小さいことが確認
された。
ａ，４ｂのコアの位置において約７℃の温度上昇で信号
光１．５５マイクロメートルの１／２波長の光路長差が
生じた。この時の薄膜ヒータ５への供給電力、すなわち
スイッチ電力は４２ミリワットであった。この値は従来
の熱光学スイッチの１０分の１以下の値であり、本実施
形態１の熱光学スイッチの消費電力が小さいことが確認
された。
【００２２】図１の第２のアーム光導波路４ｂに設けた
溝６及びそこに充填したシリコーン樹脂６ａは、環境温
度に依存して２本のアーム光導波路４ａ，４ｂの光路長
差が生じないため、及び２本のアーム光導波路４ａ，４
ｂの光損失を等しくするために設けている。
溝６及びそこに充填したシリコーン樹脂６ａは、環境温
度に依存して２本のアーム光導波路４ａ，４ｂの光路長
差が生じないため、及び２本のアーム光導波路４ａ，４
ｂの光損失を等しくするために設けている。
【００２３】本発明の熱光学スイッチは、シリコーン樹
脂の熱光学効果を利用しているため、重要なことは光が
伝搬するシリコーン樹脂の長さの合計である。したがっ
て、シリコーン樹脂６ａを充填する溝６は、連結した一
つの溝でも良い。
脂の熱光学効果を利用しているため、重要なことは光が
伝搬するシリコーン樹脂の長さの合計である。したがっ
て、シリコーン樹脂６ａを充填する溝６は、連結した一
つの溝でも良い。
【００２４】しかしながら、本実施形態１でそのシリコ
ーン樹脂６ａを充填する溝６を図２に示すように分割し
たのは以下の事情によるものである。すなわち、アーム
導波路４ａ，４ｂのコアを分断する溝６には光の閉じこ
め構造がなく、光の放射損失が生じ、この放射損失は、
図５に示すように、溝６の長さとともに指数関数的に増
大するものである。
ーン樹脂６ａを充填する溝６を図２に示すように分割し
たのは以下の事情によるものである。すなわち、アーム
導波路４ａ，４ｂのコアを分断する溝６には光の閉じこ
め構造がなく、光の放射損失が生じ、この放射損失は、
図５に示すように、溝６の長さとともに指数関数的に増
大するものである。
【００２５】したがって、目的とする溝６の長さに対し
て複数個の溝６に分割すれば、１個１個の溝６の損失は
小さく抑えられ、全損失は連結した一つの溝の場合より
も小さい。すなわち、３００マイクロメートルの溝６よ
りも１５マイクロメートルも溝６が２０本あるほうが放
射損失が格段に少なくて済む。また、特開平７−５６０
３４公報に開示されているように、放射モードとの関係
から溝６の間隔は３０〜１００マイクロメートルの時に
放射損失が小さくなる。よって、本実施形態１では溝６
の長さを１５マイクロメートル、間隔を５０マイクロメ
ートルと設計した。この時の放射損失は０．６ｄＢであ
った。この放射損失が本発明のマイナス点である。
て複数個の溝６に分割すれば、１個１個の溝６の損失は
小さく抑えられ、全損失は連結した一つの溝の場合より
も小さい。すなわち、３００マイクロメートルの溝６よ
りも１５マイクロメートルも溝６が２０本あるほうが放
射損失が格段に少なくて済む。また、特開平７−５６０
３４公報に開示されているように、放射モードとの関係
から溝６の間隔は３０〜１００マイクロメートルの時に
放射損失が小さくなる。よって、本実施形態１では溝６
の長さを１５マイクロメートル、間隔を５０マイクロメ
ートルと設計した。この時の放射損失は０．６ｄＢであ
った。この放射損失が本発明のマイナス点である。
【００２６】以下に図１に示した熱光学スイッチの作製
法を述べる。シリコン基板１上に下部クラッドガラス
（透明化後の厚み４０マイクロメートル）４ｃ、コアガ
ラス（透明化後の厚み７マイクロメートル）を火炎堆積
法で堆積する。それを１０００℃以上の高温で透明化し
た後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング
法でアーム光導波路４ａ，４ｂのコアガラスをパターン
化する。さらに、上部クラッドガラス（透明化後の厚み
２０マイクロメートル）４ｃを火炎堆積法で堆積、透明
化することによって埋め込み光導波路４，４ａ，４ｂを
形成する。
法を述べる。シリコン基板１上に下部クラッドガラス
（透明化後の厚み４０マイクロメートル）４ｃ、コアガ
ラス（透明化後の厚み７マイクロメートル）を火炎堆積
法で堆積する。それを１０００℃以上の高温で透明化し
た後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング
法でアーム光導波路４ａ，４ｂのコアガラスをパターン
化する。さらに、上部クラッドガラス（透明化後の厚み
２０マイクロメートル）４ｃを火炎堆積法で堆積、透明
化することによって埋め込み光導波路４，４ａ，４ｂを
形成する。
【００２７】次に、真空蒸着法でＣｒ及びＡｕを堆積
し、その堆積したＣｒ及びＡｕをフォトリソグラフィ法
とウェットエッチング法により薄膜ヒータ５及び電気配
線を形成する。必要に応じて、保護膜５ｃとしてのＳｉ
Ｏ2を２マイクロメートル程度スパッタ法で薄膜ヒータ
５の表面に堆積する。ここまでは、従来の熱光学スイッ
チの作製法と同じである。
し、その堆積したＣｒ及びＡｕをフォトリソグラフィ法
とウェットエッチング法により薄膜ヒータ５及び電気配
線を形成する。必要に応じて、保護膜５ｃとしてのＳｉ
Ｏ2を２マイクロメートル程度スパッタ法で薄膜ヒータ
５の表面に堆積する。ここまでは、従来の熱光学スイッ
チの作製法と同じである。
【００２８】本発明では、さらに、リソグラフィ法と反
応性イオンエッチング法により溝６を加工し、その溝６
にシリコーン樹脂を充填している。本実施形態１では、
コアとクラッドの屈折率差を０．４５％に設定した。
応性イオンエッチング法により溝６を加工し、その溝６
にシリコーン樹脂を充填している。本実施形態１では、
コアとクラッドの屈折率差を０．４５％に設定した。
【００２９】（実施形態２）図６は本発明の実施形態２
の熱光学スイッチの薄膜ヒータ付近の概略構成を示す平
面拡大図である。本実施形態２の熱光学スイッチの構造
は、図６に示すように、ほとんど前記実施形態１と同じ
であるが、アーム光導波路４ａ、４ｂ及び薄膜ヒータ５
の外側端部に新たに溝９を配置している点が異なる。新
たに溝９を追加した理由は不要な領域への熱の拡散を防
ぐことを目的としている。
の熱光学スイッチの薄膜ヒータ付近の概略構成を示す平
面拡大図である。本実施形態２の熱光学スイッチの構造
は、図６に示すように、ほとんど前記実施形態１と同じ
であるが、アーム光導波路４ａ、４ｂ及び薄膜ヒータ５
の外側端部に新たに溝９を配置している点が異なる。新
たに溝９を追加した理由は不要な領域への熱の拡散を防
ぐことを目的としている。
【００３０】シリコーン樹脂は石英系ガラスに比べて熱
伝導率が低いため、本実施形態２で新たに追加した溝９
を設けることにより、薄膜ヒータ５の加熱領域を限定す
ることができスイッチ電力を約１割低減して、約３８ミ
リワットにすることができた。
伝導率が低いため、本実施形態２で新たに追加した溝９
を設けることにより、薄膜ヒータ５の加熱領域を限定す
ることができスイッチ電力を約１割低減して、約３８ミ
リワットにすることができた。
【００３１】本実施形態２では、作製の容易さから溝の
中にシリコーン樹脂が充填されているが、より好ましく
は新たに追加した溝の中は熱伝導率の小さな空洞になっ
ているほうが好ましい。
中にシリコーン樹脂が充填されているが、より好ましく
は新たに追加した溝の中は熱伝導率の小さな空洞になっ
ているほうが好ましい。
【００３２】（参考実施例１）
図７は本発明に係る参考実施例１の熱光学スイッチの概
略構成を示す平面図である。本参考実施例１の熱光学ス
イッチは、図７に示すように、前記実施形態１と比較し
て溝６及び薄膜ヒータ５の配置、さらにアーム光導波路
４ａ、４ｂの間隔が異なる。薄膜ヒータ５は、２本のア
ーム光導波路４ａ、４ｂの間ではなく、その外側に配置
した。本参考実施例１では、薄膜ヒータ５によって誘起
した２本のアーム光導波路４ａ、４ｂの温度差を利用す
る。このため２本のアーム光導波路４ａ、４ｂの間隔を
１２５マイクロメートルに設計した。
略構成を示す平面図である。本参考実施例１の熱光学ス
イッチは、図７に示すように、前記実施形態１と比較し
て溝６及び薄膜ヒータ５の配置、さらにアーム光導波路
４ａ、４ｂの間隔が異なる。薄膜ヒータ５は、２本のア
ーム光導波路４ａ、４ｂの間ではなく、その外側に配置
した。本参考実施例１では、薄膜ヒータ５によって誘起
した２本のアーム光導波路４ａ、４ｂの温度差を利用す
る。このため２本のアーム光導波路４ａ、４ｂの間隔を
１２５マイクロメートルに設計した。
【００３３】その他、薄膜ヒータ５の長、溝６の長さ、
溝６の間隔、溝６の本数、薄膜ヒータ５の幅、溝６の深
さは、前記実施形態１と同じ値に設計した。この時のス
イッチ電力は８８ミリワットと前記実施形態１に比較す
るとやや大きな値ではあるが、従来型に比べると１／５
以下の値であった。
溝６の間隔、溝６の本数、薄膜ヒータ５の幅、溝６の深
さは、前記実施形態１と同じ値に設計した。この時のス
イッチ電力は８８ミリワットと前記実施形態１に比較す
るとやや大きな値ではあるが、従来型に比べると１／５
以下の値であった。
【００３４】（参考実施例２）
図８は本発明に係る参考実施例２の熱光学スイッチの概
略構成を示す平面図である。本参考実施例２の熱光学ス
イッチの構造は、図８に示すように、ほとんど前記参考
実施例１と同じであるが、薄膜ヒータ５の外側とアーム
光導波路４ａと４ｂの間に新たに溝９を配置している点
が異なる。その理由は、加熱領域を限定して不要な領域
への熱の拡散を防ぐことを目的としている。この構造に
よりスイッチ電力を２割程度低減して約７０ミリワット
にすることができた。
略構成を示す平面図である。本参考実施例２の熱光学ス
イッチの構造は、図８に示すように、ほとんど前記参考
実施例１と同じであるが、薄膜ヒータ５の外側とアーム
光導波路４ａと４ｂの間に新たに溝９を配置している点
が異なる。その理由は、加熱領域を限定して不要な領域
への熱の拡散を防ぐことを目的としている。この構造に
よりスイッチ電力を２割程度低減して約７０ミリワット
にすることができた。
【００３５】前記実施形態では、２つのアーム光導波路
４ａと４ｂは溝の長さを総和で等しくしたため、２つの
アーム光導波路４ａと４ｂで光路長差が０となり、薄膜
ヒータ５への電圧印加がない状態でクロス出力（図１の
第１の入力ポート２ａから第２の出力ポート２ｄ）が実
現された。
４ａと４ｂは溝の長さを総和で等しくしたため、２つの
アーム光導波路４ａと４ｂで光路長差が０となり、薄膜
ヒータ５への電圧印加がない状態でクロス出力（図１の
第１の入力ポート２ａから第２の出力ポート２ｄ）が実
現された。
【００３６】さらに、「環境温度に依存して２本のアー
ム光導波路４ａと４ｂとの光路長差が生じない」「２本
のアーム光導波路４ａと４ｂとの損失が等しい」という
利点があった。しかしながら、マッハツェンダ型の熱光
学スイッチでは、必ずしも電圧を印加しない状態で２本
のアーム光導波路４ａと４ｂとの位相差を０にしておく
場合だけではなく、例えば、２本のアーム光導波路４ａ
と４ｂとの位相差を１／２波長に設定して薄膜ヒータ５
への電圧印加がない状態でスルー出力（図１の第１の入
力ポート２ａから第１の出力ポート２ｃ）にする必要が
あることもある。
ム光導波路４ａと４ｂとの光路長差が生じない」「２本
のアーム光導波路４ａと４ｂとの損失が等しい」という
利点があった。しかしながら、マッハツェンダ型の熱光
学スイッチでは、必ずしも電圧を印加しない状態で２本
のアーム光導波路４ａと４ｂとの位相差を０にしておく
場合だけではなく、例えば、２本のアーム光導波路４ａ
と４ｂとの位相差を１／２波長に設定して薄膜ヒータ５
への電圧印加がない状態でスルー出力（図１の第１の入
力ポート２ａから第１の出力ポート２ｃ）にする必要が
あることもある。
【００３７】この場合は、熱光学効果が比較的小さい石
英系光導波路の光路長差を１／２波長設けることによ
り、「２本のアーム光導波路４ａと４ｂとの光路長差が
環境温度にほとんど依存しない」スイッチが実現でき
る。
英系光導波路の光路長差を１／２波長設けることによ
り、「２本のアーム光導波路４ａと４ｂとの光路長差が
環境温度にほとんど依存しない」スイッチが実現でき
る。
【００３８】以上、本発明を、前記実施例に基づき具体
的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。
的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。
【００３９】例えば、前記実施形態では、有機材料とし
てシリコーン樹脂を用いたが、これに限らず熱光学定数
（屈折率の温度変化）が光導波路の熱光学定数より大き
なものであれば良いことは明らかである。一般に、有機
材料の屈折率は負の値を示し、その絶対値は石英系光波
路の１０倍以上大きな温度計数を示すものが多く、シリ
コーン以外の種々のものが適用できる。
てシリコーン樹脂を用いたが、これに限らず熱光学定数
（屈折率の温度変化）が光導波路の熱光学定数より大き
なものであれば良いことは明らかである。一般に、有機
材料の屈折率は負の値を示し、その絶対値は石英系光波
路の１０倍以上大きな温度計数を示すものが多く、シリ
コーン以外の種々のものが適用できる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
消費電力が少なく集積化が可能な熱光学スイッチが実現
された。
消費電力が少なく集積化が可能な熱光学スイッチが実現
された。
【図１】本発明による実施形態１の光導波路を用いた熱
光学スイッチの概略構成を示す平面図である。
光学スイッチの概略構成を示す平面図である。
【図２】図１の薄膜ヒータ近傍の拡大図である。
【図３】図１のＡ−Ａ′線で切った拡大断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ′線で切った拡大断面図である。
【図５】溝の深さと光の放射損失との関係を示す図であ
る。
る。
【図６】本発明の実施形態２の熱光学スイッチの薄膜ヒ
ータ付近の概略構成を示す平面拡大図である。
ータ付近の概略構成を示す平面拡大図である。
【図７】本発明に係る参考実施例１の熱光学スイッチの
概略構成を示す平面図である。
概略構成を示す平面図である。
【図８】本発明に係る参考実施例２の熱光学スイッチの
概略構成を示す平面図である。
概略構成を示す平面図である。
【図９】従来の石英系光導波路を用いた集積型光スイッ
チの全体図である。
チの全体図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ′線で切った拡大断面図であ
る。
る。
１…基板、２…光導波路、２ａ…第１の入力ポート、２
ｂ…第２の入力ポート、２ｃ…第１の出力ポート、２ｄ
…第２の出力ポート、３…方向性結合器、４…光導波
路、４ａ…第１のアーム光導波路、４ｂ…第２のアーム
光導波路、４ｃ…クラッドガラス、５…薄膜ヒータ、５
ａ，５ｂ…薄膜ヒータの電極、５ｃ…薄膜ヒータ保護
膜、６…有機材料が充填され、アーム光導波路の途中に
配置された溝（アーム光導波路分断用溝）、６ａ…シリ
コーン樹脂、７…シリコーン樹脂塗布領域、８…薄膜ヒ
ータにより加熱される領域、９…熱伝導防止用溝。
ｂ…第２の入力ポート、２ｃ…第１の出力ポート、２ｄ
…第２の出力ポート、３…方向性結合器、４…光導波
路、４ａ…第１のアーム光導波路、４ｂ…第２のアーム
光導波路、４ｃ…クラッドガラス、５…薄膜ヒータ、５
ａ，５ｂ…薄膜ヒータの電極、５ｃ…薄膜ヒータ保護
膜、６…有機材料が充填され、アーム光導波路の途中に
配置された溝（アーム光導波路分断用溝）、６ａ…シリ
コーン樹脂、７…シリコーン樹脂塗布領域、８…薄膜ヒ
ータにより加熱される領域、９…熱伝導防止用溝。
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−304749（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−158413（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−59293（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02F 1/313
G02B 6/12
G02F 1/01
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上で２本の光導波路を２箇所で近接
させてなる２つの方向性結合器と、前記方向性結合器を
連結する２本のアーム光導波路と、前記アーム光導波路
に熱光学効果を与えて伝搬光の位相をシフトする薄膜ヒ
ータからなるマッハツェンダー型の熱光学スイッチにお
いて、前記薄膜ヒータは、前記２本のアーム光導波路の間に配
置され、 前記２本の アーム光導波路の途中に当該アーム光導波路
を分断する溝が各々配置され、 該溝に前記熱光学効果を与えるべきアーム光導波路の熱
光学定数より大きい熱光学定数を持つ有機材料が充填さ
れ、 一方のアーム光導波路を分断する溝は、前記薄膜ヒータ
に近接する前記薄膜ヒータの加熱によって温度が上昇す
る領域に配置され、 他方のア−ム光導波路を分断する溝は前記温度が上昇す
る領域の外に配置され てなることを特徴とする熱光学ス
イッチ。 - 【請求項２】 前記アーム光導波路及びヒータの外側端
部に熱伝導防止用溝が配置されてなることを特徴とする
請求項１に記載の熱光学スイッチ。 - 【請求項３】 前記２本のアーム光導波路の双方に、２
本のアーム間で溝の全長が等しくなるように複数個に分
割された溝が配置されていることを特徴とする請求項１
又は２に記載の熱光学スイッチ。 - 【請求項４】 前記複数の溝間の間隔が３０マイクロメ
ートル（μｍ）〜１００マイクロメートル（μｍ）であ
ることを特徴とする請求項３に記載の熱光学スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19222398A JP3534385B2 (ja) | 1998-07-08 | 1998-07-08 | 熱光学スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19222398A JP3534385B2 (ja) | 1998-07-08 | 1998-07-08 | 熱光学スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000029079A JP2000029079A (ja) | 2000-01-28 |
| JP3534385B2 true JP3534385B2 (ja) | 2004-06-07 |
Family
ID=16287721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19222398A Expired - Fee Related JP3534385B2 (ja) | 1998-07-08 | 1998-07-08 | 熱光学スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3534385B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7245793B2 (en) | 2002-11-19 | 2007-07-17 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical waveguide circuit |
| US20040208421A1 (en) * | 2003-04-17 | 2004-10-21 | Alps Electric Co., Ltd. | Mach-zehnder interferometer optical switch and mach-zehnder interferometer temperature sensor |
| KR100558857B1 (ko) * | 2003-08-08 | 2006-03-10 | 현대자동차주식회사 | 자동차용 광통신 멀티플렉스 장치 및 그것을 이용한통신방법 |
| JP3721565B2 (ja) * | 2004-02-27 | 2005-11-30 | 学校法人慶應義塾 | 光機能導波路、光変調器、アレイ導波路回折格子及び分散補償回路 |
-
1998
- 1998-07-08 JP JP19222398A patent/JP3534385B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000029079A (ja) | 2000-01-28 |
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