JP4531103B2 - Optoelectronic mixed substrate - Google Patents

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Description

本発明は光通信システムやコンピュータ等の電子部品基板間の光通信接続部分あるいは電子部品基板内の素子間の光信号変換領域に使用される光電子混在基板に関し、特に温度検出精度とセンサの生産性を改善した光電子混在基板に関する。   The present invention relates to an optoelectronic mixed substrate used in an optical communication connection portion between electronic component substrates such as an optical communication system or a computer, or an optical signal conversion region between elements in the electronic component substrate, and in particular, temperature detection accuracy and sensor productivity. The present invention relates to an optoelectronic mixed substrate improved.

光通信システムやコンピュータ・交換機等の光信号伝送システムに使用される光電子混在基板においては、その特性が温度に依存するデバイスや材料あるいは温度変化を利用した部品が多く用いられている。例えばレーザダイオードは温度により発光のしきい値電流が変化するほか、光導波路を形成する石英や有機系光学材料は温度により屈折率や密度が変化し、これを積極的に利用した光スイッチなども存在する。このように温度は光部品の特性を左右する重要な因子の一つであり、その温度を検出し、温度制御することは光部品の安定な動作のために必要な技術である。   In an optoelectronic mixed substrate used in an optical signal transmission system such as an optical communication system or a computer / exchanger, a device or material whose characteristics depend on temperature, or a part using temperature change is often used. For example, the threshold current of light emission changes with temperature for laser diodes, and the refractive index and density change with temperature for quartz and organic optical materials that form optical waveguides. Exists. Thus, the temperature is one of the important factors that influence the characteristics of the optical component, and detecting the temperature and controlling the temperature is a technique necessary for stable operation of the optical component.

従来、そのような光部品に対して温度センサが使用されているケースは、レーザダイオードの発熱による過度の温度上昇を検出することを目的とするものが主であった。図5はそのような光電気混在基板の従来例を示す斜視図である。   Conventionally, a case where a temperature sensor is used for such an optical component is mainly intended to detect an excessive temperature rise due to heat generation of a laser diode. FIG. 5 is a perspective view showing a conventional example of such a photoelectric mixed substrate.

図5に示す光電位混在基板においては、光部品の支持基板であるシリコン基板31上に電気配線と光ファイバ実装用のV溝とが形成されており、レーザダイオード32と温度センサとしてのサーミスタ33が実装されて電気的に接続されている。   In the photopotential mixed substrate shown in FIG. 5, electric wiring and a V groove for mounting an optical fiber are formed on a silicon substrate 31 which is a support substrate for optical components, and a thermistor 33 as a laser diode 32 and a temperature sensor. Is mounted and electrically connected.

V溝には光ファイバ34が実装されており、レーザダイオード32からの光を伝送する。このように、温度の検出には一般的にサーミスタ33が用いられることが多く、光部品の支持基板上に電気配線を形成しておき、それにチップ状等の個別部品の形状をしたサーミスタ33を実装する構成がとられていた。そして、この基板31はペルチェ素子を用いたサーモモジュール上に載置され、主にそのペルチェ素子への熱伝導により下方へ放熱されて使用されている。   An optical fiber 34 is mounted in the V groove, and transmits light from the laser diode 32. As described above, the thermistor 33 is generally used for temperature detection, and an electric wiring is formed on a support substrate for an optical component, and a thermistor 33 having a shape of an individual component such as a chip is provided on the substrate. The configuration to be implemented was taken. The substrate 31 is placed on a thermo module using a Peltier element, and is used by being radiated downward by heat conduction to the Peltier element.

一方、光部品である光導波路の材料には石英系と有機系の光学材料が一般的に用いられている。このうち石英系光学材料は火炎堆積法やスパッタリング法または化学気相堆積法等のドライプロセスにより作製されるため、これによる光導波路を形成する基板表面の凹凸の影響を受けやすく、うねりの大きい基板に作製された光導波路は損失が大きくなる傾向にある。これに対し、有機系光学材料は原料を含んだ溶液の塗布と硬化により作製するため、基板表面の凹凸の影響を受けにくい傾向にある。
特開平1−152420号公報
On the other hand, quartz-based and organic-based optical materials are generally used as materials for optical waveguides that are optical components. Of these, quartz-based optical materials are manufactured by dry processes such as flame deposition, sputtering, or chemical vapor deposition, and are therefore susceptible to the unevenness of the surface of the substrate that forms the optical waveguide. The optical waveguide manufactured in the above tends to have a large loss. On the other hand, since an organic optical material is produced by applying and curing a solution containing a raw material, it tends not to be affected by unevenness on the substrate surface.
JP-A-1-152420

しかしながら、上記のような個別部品による温度センサを用いた光電子混在基板においては、被測定物(図5の場合はレーザダイオード32)と温度センサ(図5の場合はサーミスタ33)との距離が離れており、被測定物の温度を精度よく測定することが困難であるという問題点があった。特に、レーザダイオード等の発熱量の多い部品による温度上昇の対策として放熱性の良い材料および構造を用いることから、それによる放熱性が高いほど基板上の発熱源の箇所とそれから離れた箇所との温度は温度差が大きくなる傾向にあるため、温度検出センサの位置が離れているために被測定物の温度に近い値を得ることができないという問題点があった。   However, in the opto-electronic mixed substrate using the temperature sensor with the individual parts as described above, the distance between the object to be measured (the laser diode 32 in the case of FIG. 5) and the temperature sensor (the thermistor 33 in the case of FIG. 5) is increased. Therefore, there is a problem that it is difficult to accurately measure the temperature of the object to be measured. In particular, since materials and structures with good heat dissipation are used as countermeasures against temperature rise due to parts that generate a large amount of heat, such as laser diodes, the higher the heat dissipation, the greater the location of the heat source on the board and the more distant from it. Since the temperature tends to have a large temperature difference, there is a problem that a value close to the temperature of the object to be measured cannot be obtained because the position of the temperature detection sensor is separated.

さらに、サーミスタのようなチップ状の個別部品の温度センサを実装する場合は、チップ状部品の大きさの空間が必要であるために被測定物である光部品からある程度離れた位置に配置して実装する必要があるため、基板上へ実装するための配線と電極を形成し、サーミスタをその電極に半田付けする作業等が必要となり、その加工や実装に手間がかかってしまうという問題点があった。   Furthermore, when mounting a chip-shaped individual component temperature sensor such as a thermistor, a space of the size of the chip-shaped component is required, so it is arranged at a position somewhat away from the optical component that is the object to be measured. Since it is necessary to mount, it is necessary to form wiring and electrodes for mounting on the substrate, soldering the thermistor to the electrodes, etc., and there is a problem that the processing and mounting are troublesome. It was.

また、レーザダイオードに限らずほとんどの光学材料が温度依存性を有しており、最適な温度への安定化が光部品の性能を左右する。例えば、熱光学効果を利用した光スイッチは、光導波路の一部を加熱し、その温度上昇による屈折率の変化を利用してスイッチングを行なうものもあり、光導波路の温度を精度良く検出することにより、その温度を制御して、信号光の位相のずれをなくしスイッチング性能を向上させることができる。このような場合も、被測定部から遠く離れた箇所に温度検出素子を配置したのでは、加熱した部分の温度検出が困難であり、測定精度が向上できないという問題点があった。   Further, not only laser diodes but most optical materials have temperature dependence, and stabilization to an optimum temperature affects the performance of optical components. For example, some optical switches using the thermo-optic effect heat a part of the optical waveguide and switch using the change in refractive index due to the temperature rise, so that the temperature of the optical waveguide can be detected accurately. Therefore, the temperature can be controlled to eliminate the phase shift of the signal light and improve the switching performance. Even in such a case, if the temperature detecting element is arranged at a position far away from the part to be measured, it is difficult to detect the temperature of the heated part and the measurement accuracy cannot be improved.

さらに、温度検出素子を光導波路の下部に近接配置し、石英系の光学材料により光部品として光導波路を作製する場合には、基板上に温度検出素子が形成されることによって凹凸が生じ、その凹凸を反映して光導波路が作製されるために、凹凸の大きい光導波路となって損失が大きくなるという問題点もあった。   Furthermore, when the temperature detection element is disposed close to the lower part of the optical waveguide and the optical waveguide is manufactured as an optical component using a quartz-based optical material, the temperature detection element is formed on the substrate, thereby causing unevenness. Since the optical waveguide is produced reflecting the irregularities, there is a problem that the optical waveguide has large irregularities and the loss is increased.

本発明は上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被測定物である光導波路の温度に近い温度を精度よく測定することができるとともに、部品点数を削減し作業工程を少なくして生産性を向上することができる光電子混在基板を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and its purpose is to accurately measure the temperature close to the temperature of the optical waveguide, which is the object to be measured, and to reduce the number of parts and work. An object of the present invention is to provide an optoelectronic mixed substrate that can improve productivity by reducing the number of steps.

本発明の光電子混在基板は、基板と、前記基板上に配置され、コア部を有する光導波路と、前記光導波路と前記基板との界面であって前記コア部の下方に配置され、前記光導波路の温度を検出するための金属または半導体から成る温度検出素子と、前記光導波路を前記温度検出素子と挟むように前記コア部の上方に設けられた温度制御用抵抗体と、を具備するものである。
Optoelectronic mixed substrate of the present invention includes a substrate, disposed on the substrate, a surface placed is below the core part of the Ruhikarishirube waveguide having a core portion, and the optical waveguide and the substrate A temperature detection element made of metal or semiconductor for detecting the temperature of the optical waveguide, and a temperature control resistor provided above the core portion so as to sandwich the optical waveguide with the temperature detection element, It comprises .

以上のように、本発明の第1の光電子混在基板によれば、光導波路に対して、光導波路の被温度測定部に近接配置された金属または半導体から成る温度検出素子を形成したことから、従来の光電子混在基板のようにチップ状の温度センサを実装するための空間を必要としないため、被測定物の非常に近くに温度センサを配置することができ、被測定物に近い位置での精度の良い温度検出が可能となった。また、個別部品としての温度センサの実装を必要としないため、部品点数を削減し作業工程を少なくして生産性を向上することが可能となる。   As described above, according to the first optoelectronic mixed substrate of the present invention, the temperature detection element made of a metal or a semiconductor disposed in the vicinity of the temperature measurement portion of the optical waveguide is formed with respect to the optical waveguide. Since a space for mounting a chip-shaped temperature sensor is not required unlike a conventional opto-electronic mixed substrate, the temperature sensor can be arranged very close to the object to be measured, and at a position close to the object to be measured. Accurate temperature detection is now possible. In addition, since it is not necessary to mount a temperature sensor as an individual component, the number of components can be reduced, the number of work processes can be reduced, and productivity can be improved.

また、本発明の第2の光電子混在基板によれば、光導波路を有機系光学材料から成るものとし、この下部に金属または半導体から成る温度検出素子を近接配置させたことにより、上記と同様に精度の良い温度検出が可能となり、部品点数を削減し作業工程を少なくして生産性を向上することが可能となるとともに、基板上に温度センサを配設した際に発生する高低差が小さくなるとともにその高低差による光導波路への影響も抑制することができ、光導波路の上下方向の曲がりを少なく抑えた損失の小さい光導波路を有するものとなる。   Further, according to the second opto-electronic mixed substrate of the present invention, the optical waveguide is made of an organic optical material, and a temperature detecting element made of metal or semiconductor is disposed close to the optical waveguide in the same manner as described above. Highly accurate temperature detection is possible, the number of parts can be reduced, the number of work steps can be reduced, productivity can be improved, and the height difference generated when the temperature sensor is arranged on the substrate is reduced. At the same time, the influence on the optical waveguide due to the height difference can be suppressed, and the optical waveguide having a small loss in which the bending of the optical waveguide in the vertical direction is suppressed to be small.

以上により、本発明によれば、被測定物である光導波路の温度に近い温度を精度よく測定することができるとともに、部品点数を削減し作業工程を少なくして生産性を向上することができる光電子混在基板を提供することができた。   As described above, according to the present invention, it is possible to accurately measure a temperature close to the temperature of the optical waveguide that is the object to be measured, and it is possible to improve the productivity by reducing the number of parts and the number of work steps. We were able to provide an optoelectronic mixed substrate.

本発明の第1の光電子混在基板によれば、温度を検出する対象である光導波路の一部すなわち被温度測定部の上部または下部等の近傍に近接配置された温度センサである金属または半導体から成る温度検出素子を形成したことにより、従来のようなチップ状の温度センサを実装するための空間を必要としないため、被測定物である光導波路の非常に近くに温度センサを配置することができて精度の良い温度の検出を行なうことができるとともに、個別部品の温度センサの実装を必要とせず、部品点数を削減し作業工程を少なくして生産性を向上することができる光電子混在基板となる。 According to the first opto-electronic mixed substrate of the present invention, from a metal or semiconductor that is a temperature sensor disposed in the vicinity of a part of an optical waveguide that is a target of temperature detection, that is, near the upper or lower portion of the temperature measurement unit. By forming the temperature detecting element, it is not necessary to provide a space for mounting a chip-shaped temperature sensor as in the prior art, so it is possible to place the temperature sensor very close to the optical waveguide that is the object to be measured. And an opto-electronic mixed board that can detect the temperature with high accuracy and does not require the mounting of temperature sensors for individual parts, and can reduce the number of parts and work processes to improve productivity. Become.

また、本発明の第2の光電子混在基板によれば、光導波路をシロキサンポリマやポリイミド・ベンゾシクロブテン・PMMA・ポリカーボネート・ノルボルネン樹脂・フッ素樹脂等の有機系光学材料から成るものとするとともに、この光導波路の下部の一部に近接配置された温度センサである金属または半導体から成る温度検出素子を形成したことにより、上記のように精度の良い温度の検出を行なうことができ、部品点数を削減し作業工程を少なくして生産性を向上することができるとともに、基板上に温度センサである温度検出素子を配設した際に発生する高低差を小さくすることができ、その上に基板の凹凸の影響を受けにくい有機系光学材料から成る光導波路が形成されていることから、光導波路の上下方向の曲がりを少なく抑えた損失の小さい光導波路を有する光電子混在基板となる。   According to the second optoelectronic mixed substrate of the present invention, the optical waveguide is made of an organic optical material such as siloxane polymer, polyimide, benzocyclobutene, PMMA, polycarbonate, norbornene resin, or fluorine resin. By forming a temperature detection element made of metal or semiconductor, which is a temperature sensor close to a part of the lower part of the optical waveguide, it is possible to detect the temperature with high accuracy as described above and reduce the number of parts. As a result, the productivity can be improved by reducing the number of work steps, and the height difference generated when the temperature detection element, which is a temperature sensor, is arranged on the substrate. Because optical waveguides made of organic optical materials that are not easily affected by this are formed, bending in the vertical direction of the optical waveguides is minimized. The optoelectronic mixed substrate having a small light waveguides loss.

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の光電子混在基板の実施の形態の一例としてマッハツェンダ型全光スイッチを形成した光電子混在基板を示す斜視図である。また、図2はそのA−A’線断面図である。   FIG. 1 is a perspective view showing an optoelectronic mixed substrate in which a Mach-Zehnder all-optical switch is formed as an example of an embodiment of the optoelectronic mixed substrate of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A ′.

図1および図2に示す光電子混在基板においては、支持基板11上に金属または半導体から成る温度検出素子である薄膜の温度センサ用抵抗体12が形成されており、その上に信号光と制御光を伝送するためのコア部13およびクラッド部14から成る光導波路が、そしてその上に温度制御用抵抗体15が形成されている。16は半導体光増幅素子であって、制御光によって屈折率を変化させて位相の変化によりスイッチングを行なうものである。   In the optoelectronic mixed substrate shown in FIGS. 1 and 2, a thin film temperature sensor resistor 12 which is a temperature detecting element made of metal or semiconductor is formed on a support substrate 11, and signal light and control light are formed thereon. An optical waveguide comprising a core portion 13 and a clad portion 14 for transmitting the light, and a temperature control resistor 15 are formed thereon. Reference numeral 16 denotes a semiconductor optical amplifying element which switches by changing the refractive index with control light and changing the phase.

ここで、温度を測定し検出すべき箇所は温度制御用抵抗体15の下に位置する光導波路の部分であって、その下に温度検出素子である温度センサ用の抵抗体12が光導波路に近接配置されて形成されている。これにより、被測定物の非常に近い箇所において温度に対する抵抗体12の抵抗値の変化を測定することによって温度を検出することができるようになっている。   Here, the location where the temperature is to be detected and detected is the portion of the optical waveguide located under the temperature control resistor 15, and the temperature sensor resistor 12 serving as the temperature detection element is located below the optical waveguide. It is formed in close proximity. As a result, the temperature can be detected by measuring the change in the resistance value of the resistor 12 with respect to the temperature at a location very close to the object to be measured.

光電子混在基板の母材となる基板11は光導波路の支持基板として機能するものであり、光集積回路基板や光電子混在基板等の光信号を扱う基板として使用される種々の基板、例えばシリコン基板やアルミナセラミックス基板・ガラスセラミックス基板・多層セラミック配線基板・プラスチック電気配線基板等が使用できる。   The substrate 11 serving as a base material of the opto-electronic mixed substrate functions as a support substrate for the optical waveguide, and various substrates used as substrates for handling optical signals such as an optical integrated circuit substrate and an opto-electronic mixed substrate, such as silicon substrates, An alumina ceramic substrate, a glass ceramic substrate, a multilayer ceramic wiring substrate, a plastic electric wiring substrate, or the like can be used.

温度検出素子である温度センサ用の抵抗体12は、金属または半導体から成るもので、温度による抵抗値の変化を測定できるものであればよく、側温抵抗体やサーミスタに使用される種々の材料を利用できる。また、異種の金属を接続することによりゼーベック効果により起電力を発生させる熱電対のようなものを利用することも可能である。   The temperature sensor resistor 12 that is a temperature detecting element is made of metal or semiconductor and may be any material that can measure a change in resistance value due to temperature. Various materials used for the side temperature resistor and thermistor. Can be used. It is also possible to use a thermocouple that generates an electromotive force by the Seebeck effect by connecting different kinds of metals.

温度検出素子に用いる金属には種々の合金も使用できることは言うまでもないが、中でも、白金は化学的・熱的に安定で高純度ものが得られるため側温抵抗材料として適しているものである。白金の特性は、常温において、その抵抗率が1.06×10-7Ωm、抵抗温度係数が+0.392 %/℃というものである。   It goes without saying that various alloys can be used for the metal used in the temperature detection element, but platinum is suitable as a side temperature resistance material because it is chemically and thermally stable and can be obtained with high purity. The characteristics of platinum are that the resistivity is 1.06 × 10 −7 Ωm and the temperature coefficient of resistance is + 0.392% / ° C. at room temperature.

温度検出素子の抵抗値は、抵抗値の変化を測定するためにこれに接続する配線導体の抵抗よりも抵抗が高いほど配線抵抗の温度依存性に影響を受けにくいため、1.0 Ω以上であることが望ましい。また、抵抗値が大き過ぎると、抵抗値の検出に高い電圧をかけなければ電流の検出値が小さくなってしまい、検出感度が低くなるとともに、電流および電圧を高い状態にすると抵抗体内部での自己発熱が生じるため、温度検出素子としては適さなくなってしまう。従って、抵抗値は10kΩ以下であることが望ましい。   The resistance value of the temperature detection element must be 1.0 Ω or more because the resistance value is less affected by the temperature dependence of the wiring resistance that is higher than the resistance of the wiring conductor connected to it to measure the change in resistance value. Is desirable. On the other hand, if the resistance value is too large, the detection value of the current will be small unless a high voltage is applied to the detection of the resistance value, and the detection sensitivity will be low. Since self-heating occurs, it becomes unsuitable as a temperature detection element. Accordingly, the resistance value is desirably 10 kΩ or less.

また、温度検出素子は金属または半導体から成る薄膜として形成することが、基板表面の平坦性を良好に保ち、パターニングにより種々の形状とすることも容易である点で好ましい。薄膜として形成する場合は真空蒸着法やスパッタリング法・めっき法・スクリーン印刷等によって作製すればよい。その膜厚は、厚過ぎると下地との高低差を生じるためにその上に光導波路を形成する場合には平面状に作製することが困難になることから薄いほうが好ましく、10μm以下であることが好ましい。   Further, it is preferable to form the temperature detecting element as a thin film made of a metal or a semiconductor because the flatness of the substrate surface is kept good and various shapes can be easily formed by patterning. In the case of forming as a thin film, it may be prepared by vacuum deposition, sputtering, plating, screen printing, or the like. If the optical waveguide is formed on it, it is difficult to fabricate it in a flat shape because the thickness of the film is too thick. preferable.

そして、このような温度検出素子を光導波路の一部に近接配置させる場合、光導波路の温度測定の被測定部、特にコア部13に対してその下部に配置しても上部あるいは側部に配置してもよく、非常に近い箇所において温度を測定できる位置であれば、光電子混在基板の仕様や光導波路の形成条件等に応じて適宜配置すればよい。特に、温度検出素子を光導波路のコア部13の下部に配置した場合は、電気配線基板上に電気配線を作製するのと同様な薄膜プロセスにより温度検出素子を基板上に作製できるため、素子と基板との密着性の良い組合せを選択することができる。   When such a temperature detection element is arranged close to a part of the optical waveguide, the temperature measurement part of the optical waveguide, particularly the core part 13, is arranged at the lower part or at the upper part or the side part. If it is a position where the temperature can be measured at a very close location, it may be appropriately arranged according to the specifications of the photoelectron mixed substrate, the formation conditions of the optical waveguide, and the like. In particular, when the temperature detection element is disposed below the core portion 13 of the optical waveguide, the temperature detection element can be produced on the substrate by a thin film process similar to that for producing the electrical wiring on the electrical wiring board. A combination having good adhesion to the substrate can be selected.

また、本発明の第2の光電子混在基板においては、温度検出素子は光導波路の温度の被測定部の下部に近接配置されるが、このように光導波路の下部に近接配置し、すなわち温度検出素子の上部に有機系光学材料から成る光導波路を形成することにより、温度検出素子を下部に近接配置したために生じる凹凸を有機系光学材料のコーティングプロセスにより平坦化することができるために、基板に対して垂直方向に歪みが少なく、従って損失の少ない光導波路を形成することが可能となる。   Further, in the second optoelectronic mixed substrate of the present invention, the temperature detecting element is disposed close to the lower part of the optical waveguide temperature to be measured. In this manner, the temperature detecting element is disposed close to the lower part of the optical waveguide, that is, temperature detection. By forming an optical waveguide made of an organic optical material on the upper part of the element, the unevenness caused by placing the temperature detecting element close to the lower part can be flattened by the coating process of the organic optical material. On the other hand, it is possible to form an optical waveguide with little distortion in the vertical direction and therefore with little loss.

光導波路のコア部13ならびにクラッド部14は石英系等の無機系ならびに有機系の光学材料を用いることができるが、本発明の第1の光電子混在基板において、また本発明の第2の光電子混在基板において有機系光学材料を用いる場合には、前述のようにシロキサンポリマやポリイミド・ベンゾシクロブテン・PMMA・ポリカーボネート・ノルボルネン樹脂・フッ素樹脂等を用いるとよく、これにより基板表面の凹凸の影響を受けにくい平坦性に優れた光導波路を作製することができる。これらはスピンコート法・ロールコート法・スプレーコート法等により成膜し、コア部13の加工にはフォトリソグラフィ法およびRIE(Reactive IonEtching)加工を利用すればよい。なお、いずれの光学材料を用いるときでも、コア部13の屈折率がクラッド部14の屈折率よりも大きくなるように選択する。   The core portion 13 and the clad portion 14 of the optical waveguide can be made of an inorganic or organic optical material such as quartz, but the first photoelectron mixed substrate of the present invention and the second photoelectron mixed of the present invention. When using an organic optical material for the substrate, it is preferable to use siloxane polymer, polyimide, benzocyclobutene, PMMA, polycarbonate, norbornene resin, fluorine resin, etc. as described above. It is possible to produce an optical waveguide that is difficult and has excellent flatness. These may be formed by a spin coating method, a roll coating method, a spray coating method, or the like, and a photolithography method and an RIE (Reactive Ion Etching) processing may be used for processing the core portion 13. Note that, regardless of which optical material is used, the refractive index of the core portion 13 is selected so as to be larger than the refractive index of the cladding portion 14.

次に、本発明の光電子混在基板について具体例を説明する。   Next, specific examples of the optoelectronic mixed substrate of the present invention will be described.

〔例1〕金属膜から成る抵抗体を温度検出素子として被測定物の下面に配設することにより、本発明の光電子混在基板である図1および図2に示すような基板11と温度センサ用抵抗体12・コア部13およびクラッド部14から成る光導波路・温度制御用抵抗体15・半導体光増幅素子(SOA)16から成る構成のマッハツェンダ型全光スイッチAを作製した。このマッハツェンダ型全光スイッチAは、外部から光ファイバ等により信号光および制御光を入力し、SOA16の屈折率を変化させることによりスイッチングを行なうものである。ここでは、マッハツェンダ型の全光スイッチはその特徴として小型化の長所があるものの、わずかな寸法の位置ずれなどによって位相がずれて損失が増大する可能性があるために、温度制御用抵抗体15として薄膜ヒータを設け、熱光学効果を利用して位相のずれを補正することを試みた。   [Example 1] A resistor 11 made of a metal film is disposed on the lower surface of the object to be measured as a temperature detecting element, so that the substrate 11 and the temperature sensor as shown in FIGS. A Mach-Zehnder all-optical switch A having an optical waveguide comprising a resistor 12, a core part 13 and a clad part 14, a temperature control resistor 15 and a semiconductor optical amplifier (SOA) 16 was produced. This Mach-Zehnder type all-optical switch A performs switching by inputting signal light and control light from the outside through an optical fiber or the like and changing the refractive index of the SOA 16. Here, although the Mach-Zehnder type all-optical switch has the advantage of downsizing as a feature, there is a possibility that the phase shifts due to a position shift of a small size and the loss increases, so that the temperature control resistor 15 A thin film heater was provided, and an attempt was made to correct the phase shift using the thermo-optic effect.

基板11の寸法は長さ20mm×幅10mm×厚み0.5 mm、基板材料は窒化アルミニウム(熱伝導率:150 W/m・K)とし、SOA16はサイズが長さ1mm×幅0.3 mm×厚み0.15mmのものを2個実装した。SOA16には駆動用の配線が2本ずつあり、材料はTi/Pt/Auから成っている。   The size of the substrate 11 is 20 mm long × 10 mm wide × 0.5 mm thick, the substrate material is aluminum nitride (thermal conductivity: 150 W / m · K), and the SOA 16 is 1 mm long × 0.3 mm wide × 0.15 mm thick Two things were implemented. The SOA 16 has two driving wirings each made of Ti / Pt / Au.

また、温度制御用抵抗体15である薄膜ヒータの下を通る細い線状の温度センサ用抵抗体12を形成し、温度制御用薄膜ヒータの下の温度検出部の箇所はTi/Pt、温度検出部以外はTi/Pt/Auで構成した。温度検出部の抵抗値は100Ω、それ以外は0.2 Ωである。TiとPtの膜厚はそれぞれ0.1 μmと1.0 μmとした。   Further, a thin linear temperature sensor resistor 12 that passes under the thin film heater that is the temperature control resistor 15 is formed, and the temperature detection portion under the temperature control thin film heater is Ti / Pt, temperature detection Except the part, it was composed of Ti / Pt / Au. The resistance value of the temperature detector is 100Ω, otherwise it is 0.2Ω. The film thicknesses of Ti and Pt were 0.1 μm and 1.0 μm, respectively.

光導波路13は、クラッド部14はシロキサンポリマ、コア部13はシロキサンポリマとテトラ−n−ブトキシチタンの混合液を塗布し、85℃/30分および270℃/30分の熱処理によって形成した。SOA実装部および電極は、RIE法により光導波路材料を除去した。そして、SOA16を光導波路との位置ずれが小さくなるように配置し、半田およびワイヤボンディングにより電気的に接続した。   The optical waveguide 13 was formed by heat treatment at 85 ° C./30 minutes and 270 ° C./30 minutes by applying a mixed solution of siloxane polymer and tetra-n-butoxy titanium to the cladding portion 14 and the core portion 13. The optical waveguide material was removed from the SOA mounting portion and the electrode by the RIE method. Then, the SOA 16 was disposed so that the positional deviation with respect to the optical waveguide was small, and was electrically connected by soldering and wire bonding.

また、比較例として上記とほぼ同じ構成の、図4に斜視図および図5にそのB−B’線断面図で示す、従来のマッハツェンダ型全光スイッチBを作製した。ここで、基板21の寸法は長さ20mm×幅10mm×厚み0.5 mm、基板材料は窒化アルミニウム(熱伝導率:150 W/m・K)とし、SOA26はサイズが長さ1mm×幅0.3 mm×厚み0.15mmのものを2個実装した。SOA26には駆動用の配線が2本ずつあり、材料はTi/Pt/Auから成っている。本発明の構成のマッハツェンダ型全光スイッチAと異なり、温度制御用抵抗体の下に位置する光導波路の箇所の付近にサーミスタ22およびサーミスタ22用の電気配線が設けられている。また、駆動配線および温度制御用抵抗体25である薄膜ヒータの下にコア部23およびクラッド部24から成る光導波路が形成されている。この光導波路は、クラッド部24はシロキサンポリマの、コア部23はシロキサンポリマとテトラ−n−ブトキシチタンの混合液を塗布し、85℃/30分および270 ℃/30分の熱処理によって形成した。温度制御用抵抗体25はアルミニウム膜をスパッタリングにより成膜した。SOA実装部および電極はRIE法により光導波路材料を除去した。SOA26を光導波路との位置ずれが小さくなるように配置し、半田およびワイヤボンディングにより電気的に接続した。温度検出素子としてのサーミスタ22は表面実装用のものを用い、基板上の電極部分に載置し半田付けをして実装した。   As a comparative example, a conventional Mach-Zehnder type all-optical switch B having the same configuration as described above and shown in a perspective view in FIG. 4 and a cross-sectional view along the line B-B ′ in FIG. Here, the dimensions of the substrate 21 are 20 mm long × 10 mm wide × 0.5 mm thick, the substrate material is aluminum nitride (thermal conductivity: 150 W / m · K), and the size of the SOA 26 is 1 mm long × 0.3 mm wide × Two pieces having a thickness of 0.15 mm were mounted. The SOA 26 has two driving wirings each made of Ti / Pt / Au. Unlike the Mach-Zehnder all-optical switch A having the configuration of the present invention, the thermistor 22 and the electrical wiring for the thermistor 22 are provided near the portion of the optical waveguide located under the temperature control resistor. In addition, an optical waveguide including a core portion 23 and a cladding portion 24 is formed under a thin film heater which is a drive wiring and a temperature control resistor 25. This optical waveguide was formed by heat treatment at 85 ° C./30 minutes and 270 ° C./30 minutes by applying a mixed solution of siloxane polymer to the cladding portion 24 and a siloxane polymer and tetra-n-butoxy titanium at the core portion 23. As the temperature control resistor 25, an aluminum film was formed by sputtering. The optical waveguide material was removed from the SOA mounting portion and the electrode by the RIE method. The SOA 26 was arranged so that the positional deviation with respect to the optical waveguide was small, and was electrically connected by soldering and wire bonding. A thermistor 22 as a temperature detection element was used for surface mounting, and was mounted on an electrode portion on a substrate and soldered.

そして、これらマッハツェンダ型全光スイッチAおよびBについて、室温23℃において温度制御用抵抗体15・25に電流を流して発熱させて、A・Bそれぞれの温度センサ12・22により温度を測定した。これらの発熱量と温度の関係の測定結果を図6に線図で示す。   For these Mach-Zehnder type all-optical switches A and B, current was passed through the temperature control resistors 15 and 25 to generate heat at a room temperature of 23 ° C., and the temperatures were measured by the temperature sensors 12 and 22 respectively of A and B. The measurement results of the relationship between the heat generation amount and the temperature are shown in FIG.

図6において横軸は発熱量(W)を、縦軸は温度(℃)を表わし、黒四角および白四角はそれぞれマッハツェンダ型全光スイッチAおよびBにおける温度測定結果を示すものである。この結果より、光スイッチAにおいて薄膜温度センサで測定した温度と比較して、光スイッチBにおいてサーミスタで測定した温度は発熱量が増大するにつれて光スイッチAにおける測定結果との温度差が大きくなっていく傾向にあり、検出温度の高い光スイッチAにおける方がより発熱体の温度に近い温度を測定していることが分かる。これにより、光スイッチAにおける方が良好な温度測定精度を有していることが確認できた。   In FIG. 6, the horizontal axis represents the heat generation amount (W), the vertical axis represents the temperature (° C.), and the black square and the white square show the temperature measurement results in the Mach-Zehnder all-optical switches A and B, respectively. From this result, compared with the temperature measured by the thin film temperature sensor in the optical switch A, the temperature measured by the thermistor in the optical switch B becomes larger in temperature difference from the measurement result in the optical switch A as the calorific value increases. It can be seen that the optical switch A having a higher detection temperature measures a temperature closer to the temperature of the heating element. Thereby, it was confirmed that the optical switch A has better temperature measurement accuracy.

また、光スイッチAにおいては、温度検出素子である薄膜温度センサの作製は薄膜プロセスを用いるだけなので、光スイッチBにおけるサーミスタのようなチップの部品数を削減できるとともに半田付け等の工程を必要とせず、生産性の点で見ても光スイッチAの方が優れていた。   In addition, in the optical switch A, a thin film temperature sensor as a temperature detecting element is only manufactured using a thin film process, so that the number of chip components such as the thermistor in the optical switch B can be reduced and a process such as soldering is required. In addition, the optical switch A was superior in terms of productivity.

これにより、本発明の光電子混在基板は、被測定物の近い位置での温度検出が可能となり、良好な温度測定精度を有する光電子混在基板となることが確認できた。   Accordingly, it was confirmed that the photoelectron mixed substrate of the present invention can detect the temperature at a position near the object to be measured, and can be a photoelectron mixed substrate having good temperature measurement accuracy.

〔例2〕また、比較例として、上記〔例1〕の光スイッチAと同じ構成において温度センサ用抵抗体をなくした光電子混在基板であるマッハツェンダ型全光スイッチCを作製した。   [Example 2] As a comparative example, a Mach-Zehnder all-optical switch C, which is a photoelectron mixed substrate having the same configuration as the optical switch A of the above [Example 1] and having no temperature sensor resistor, was produced.

そして、これら光スイッチAおよびCについて、パワー10dBm・波長1.3 μmのレーザダイオードからの光をシングルモード光ファイバを通して光導波路に入射し、光導波路の中を伝搬させた。そして、光導波路の他方の端面にシングルモード光ファイバを光接続して出射する光の強度を調べた。その結果、光導波路のからの出射光の強度は誤差の範囲で同等の強度を示した。従って、有機系光学材料であるシロキサンポリマを用いて光導波路を作製したものが下地の平坦性が影響することなく損失が小さく抑えられ、良好な光学特性を有していることが分かった。   For these optical switches A and C, light from a laser diode with a power of 10 dBm and a wavelength of 1.3 μm was incident on the optical waveguide through a single mode optical fiber and propagated through the optical waveguide. Then, the intensity of the emitted light was examined by optically connecting a single mode optical fiber to the other end face of the optical waveguide. As a result, the intensity of the emitted light from the optical waveguide showed the same intensity within the error range. Accordingly, it was found that the optical waveguide produced using the siloxane polymer, which is an organic optical material, has a good optical characteristic because the loss is suppressed to a low level without affecting the flatness of the base.

これにより、本発明の第2の光電子混在基板は光損失が小さく、良好な光学特性を有する光電子混在基板であることが確認できた。   Thereby, it was confirmed that the second photoelectron mixed substrate of the present invention is a photoelectron mixed substrate having small optical loss and good optical characteristics.

なお、以上はあくまで本発明の実施の形態の例示であって、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改良を加えることは何ら差し支えない。例えば、温度検出素子を複数設けて、温度分布を精度良く検出できる光電子混在基板としてもよい。   Note that the above are merely examples of the embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and improvements may be made without departing from the scope of the present invention. . For example, a plurality of temperature detection elements may be provided to provide a photoelectron mixed substrate that can accurately detect the temperature distribution.

本発明の光電子混在基板の実施の形態の一例としてマッハツェンダ型全光スイッチを形成した光電子混在基板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the optoelectronic mixed board | substrate which formed the Mach-Zehnder all-optical switch as an example of embodiment of the optoelectronic mixed board | substrate of this invention. 図1に示す光電子混在基板のA−A’線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of the optoelectronic mixed substrate shown in FIG. 1. 比較例としてマッハツェンダ型全光スイッチを形成した光電子混在基板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the optoelectronic mixed board | substrate which formed the Mach-Zehnder type all-optical switch as a comparative example. 図3に示す光電子混在基板のB−B’線断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of the photoelectron mixed substrate shown in FIG. 3. 光電気混在基板の従来例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the prior art example of a photoelectric mixed board | substrate. 本発明の実施例および比較例における発熱量と温度の関係の測定結果を示す線図である。It is a diagram which shows the measurement result of the relationship of the emitted-heat amount and temperature in the Example and comparative example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11:基板
12:温度センサ用抵抗体(温度検出素子)
13:光導波路のコア部
14:光導波路のクラッド部
15:温度制御用抵抗体
11: Board
12: Temperature sensor resistor (temperature detection element)
13: Core part of optical waveguide
14: Clad part of optical waveguide
15: Resistor for temperature control

Claims (5)

基板と、
前記基板上に配置され、コア部を有する光導波路と、
前記光導波路と前記基板との界面であって前記コア部の下方に配置され、前記光導波路の温度を検出するための金属または半導体から成る温度検出素子と
前記光導波路を前記温度検出素子と挟むように前記コア部の上方に設けられた温度制御用抵抗体と、
を具備する光電子混在基板。
A substrate,
Disposed on the substrate, and Ruhikarishirube waveguide having a core portion,
Is placed below the core portion or at the interface between the optical waveguide and the substrate, a temperature detection element formed of a metal or a semiconductor for detecting temperature of said optical waveguide,
A temperature control resistor provided above the core so as to sandwich the optical waveguide with the temperature detection element;
An optoelectronic mixed substrate comprising:
前記温度検出素子は、薄膜として形成される請求項1記載の光電子混在基板 The optoelectronic mixed substrate according to claim 1, wherein the temperature detection element is formed as a thin film . 前記温度検出素子の厚みは10μm以下である請求項1または2記載の光電子混在基板 The optoelectronic mixed substrate according to claim 1 or 2, wherein the temperature detecting element has a thickness of 10 µm or less . 前記コアを第1のコア部とし、
前記基板上であって前記第1のコア部に併設された第2のコア部をさらに具備する請求項1乃至3のいずれか記載の光電子混在基板
The core is a first core part,
4. The optoelectronic mixed substrate according to claim 1, further comprising a second core portion that is provided on the substrate and is provided alongside the first core portion . 5.
マッハツェンダ型光スイッチとしてはたらく請求項4記載の光電子混在基板 The optoelectronic mixed substrate according to claim 4, which functions as a Mach-Zehnder type optical switch .
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