JPS6156329A - 熱光スイツチ - Google Patents
熱光スイツチInfo
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- JPS6156329A JPS6156329A JP17904184A JP17904184A JPS6156329A JP S6156329 A JPS6156329 A JP S6156329A JP 17904184 A JP17904184 A JP 17904184A JP 17904184 A JP17904184 A JP 17904184A JP S6156329 A JPS6156329 A JP S6156329A
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- element electrode
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- 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
- G02F1/29—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 position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3137—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- 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
- G02F1/01—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
- G02F1/0147—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 thermo-optic effects
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、温度変化を与えることで光の進路を変化させ
る熱光スイッチに関する。
る熱光スイッチに関する。
光信号などの進路を切り換える光スィッチとして、機械
式のものが知られているが、素子が大型で柵整が面倒な
うえ、動作速度が遅い。これに対し導波型の光スィッチ
は、電極間に電圧を印加することで光の進路を切り換え
るもので、高速動作が可能である。第3図はこの導波型
光スイッチの平面図である。導波型光スイッチは、Yカ
フ )LiNbOx にオブ酸リチウム)等の単結晶
基板上1にTi (チタン)の熱拡散により、幅10μ
m、厚さ4μm程度の高屈折率の交差形溝波路2a、2
bを形成し、該交差部2c上に、交差点の中心を境にし
て、例えば2〜3μ頂程度のギャップGをおいて、平行
状態に対向している平行電極3a、3bを形成した構成
になっている。この構成においていま、レーザダイオー
ドLDから、導波路2bに入射した光は、平行電極3a
、3b間に電圧が印加されていない状態では、導波路2
bのみを直進する。ところがこの導波路2a、2bは、
電界の印加によって屈折率が変化するという電気光学効
果があるため、電極3a、3b間に電圧を印加すると、
平行電極3a、3b間の境界部に屈折率の低い壁ができ
、レーザダイオードLDから入射した信号光は、この壁
で全反射してもう一方の導波路2aに切り換わる。
式のものが知られているが、素子が大型で柵整が面倒な
うえ、動作速度が遅い。これに対し導波型の光スィッチ
は、電極間に電圧を印加することで光の進路を切り換え
るもので、高速動作が可能である。第3図はこの導波型
光スイッチの平面図である。導波型光スイッチは、Yカ
フ )LiNbOx にオブ酸リチウム)等の単結晶
基板上1にTi (チタン)の熱拡散により、幅10μ
m、厚さ4μm程度の高屈折率の交差形溝波路2a、2
bを形成し、該交差部2c上に、交差点の中心を境にし
て、例えば2〜3μ頂程度のギャップGをおいて、平行
状態に対向している平行電極3a、3bを形成した構成
になっている。この構成においていま、レーザダイオー
ドLDから、導波路2bに入射した光は、平行電極3a
、3b間に電圧が印加されていない状態では、導波路2
bのみを直進する。ところがこの導波路2a、2bは、
電界の印加によって屈折率が変化するという電気光学効
果があるため、電極3a、3b間に電圧を印加すると、
平行電極3a、3b間の境界部に屈折率の低い壁ができ
、レーザダイオードLDから入射した信号光は、この壁
で全反射してもう一方の導波路2aに切り換わる。
この導波型光スイッチを光通信などに利用する場合、こ
のような導波型光スイッチを1つの基板に複数形成する
ことが多いが、前記のように基板1として単結晶の材料
が必要なため、多数の光スィッチで構成される大型の装
置を得ることが困難である。
のような導波型光スイッチを1つの基板に複数形成する
ことが多いが、前記のように基板1として単結晶の材料
が必要なため、多数の光スィッチで構成される大型の装
置を得ることが困難である。
これに対し結晶を使用しないで光スイツチ機能を実現で
きるものとして、ガラス基板に光ガイドを形成して成る
熱光スイッチ(サーモオプティカルスイッチ)が知られ
ている。この熱光スイッチは、基板材料の大きさの制約
は受けないので、大型化が可能であるが、多数の光スィ
ッチを接近して配設し集積化すると、隣接する光スィッ
チの温度の影響を受は易く、温度の影響を受けないよう
に各光スィッチの間隔を拡げると装置が大型となり、ま
た隣接する光スィッチが冷却してから駆動するように駆
動周期を長くすると、動作速度が低下するという欠点が
ある。
きるものとして、ガラス基板に光ガイドを形成して成る
熱光スイッチ(サーモオプティカルスイッチ)が知られ
ている。この熱光スイッチは、基板材料の大きさの制約
は受けないので、大型化が可能であるが、多数の光スィ
ッチを接近して配設し集積化すると、隣接する光スィッ
チの温度の影響を受は易く、温度の影響を受けないよう
に各光スィッチの間隔を拡げると装置が大型となり、ま
た隣接する光スィッチが冷却してから駆動するように駆
動周期を長くすると、動作速度が低下するという欠点が
ある。
本発明の技術的課題は、大型化が容易な熱光スイッチに
おけるこのような問題を解消し、多数の光スィッチを接
近して高密度に配置しても、動作速度を低下させること
なしに駆動できるようにすることにある。
おけるこのような問題を解消し、多数の光スィッチを接
近して高密度に配置しても、動作速度を低下させること
なしに駆動できるようにすることにある。
この技術的課題を解決するために講じた本発明による技
術的手段は、温度変化によって光の屈折率が変化する材
料からなる光ガイドと、咳光ガイドに温度変化を与える
発熱体電極とを有する熱光スイッチであって、金属ない
し半導体などの熱伝導性に優れた材料からなる基板上に
、電気的絶縁体から成る第1のスペーサ層を設けてその
上に前記光ガイドを形成し、該光ガイドの上に第2のス
ペーサ層を介して発熱体電極を設けた構成になっている
。
術的手段は、温度変化によって光の屈折率が変化する材
料からなる光ガイドと、咳光ガイドに温度変化を与える
発熱体電極とを有する熱光スイッチであって、金属ない
し半導体などの熱伝導性に優れた材料からなる基板上に
、電気的絶縁体から成る第1のスペーサ層を設けてその
上に前記光ガイドを形成し、該光ガイドの上に第2のス
ペーサ層を介して発熱体電極を設けた構成になっている
。
この技術的手段によれば、発熱体電極に通電してない状
態では、光ガイドに入射して来た光はその光ガイドを直
進するが、発熱体電極に通電して、その下方の光ガイド
の交差部が加熱されると、該交差部の屈折率が低下して
、入射光は他方の光ガイドに反射される。また発熱体電
極への通電を止めると、入射光は再び元の光ガイドに切
り換わって直進する。
態では、光ガイドに入射して来た光はその光ガイドを直
進するが、発熱体電極に通電して、その下方の光ガイド
の交差部が加熱されると、該交差部の屈折率が低下して
、入射光は他方の光ガイドに反射される。また発熱体電
極への通電を止めると、入射光は再び元の光ガイドに切
り換わって直進する。
このように発熱体電極で光ガイドの交差部に温度変化を
与えることで、光スイツチ動作が行われる。本発明の場
合、光ガイドや発熱体電極は、金属や半導体などのよう
な熱の良導体からなる基板上に設けられているため、発
熱体電極への通電を停止した際の光ガイドの交差部の放
熱が迅速に行われる。そのため交差部の温度変化による
スイッチング動作を短い周期で高速に行うことができ、
かつ各熱光スイッチを接近して配設しても、隣接する熱
光スイッチに及ぼす熱的な影響が小さく、高集積化が可
能となる。
与えることで、光スイツチ動作が行われる。本発明の場
合、光ガイドや発熱体電極は、金属や半導体などのよう
な熱の良導体からなる基板上に設けられているため、発
熱体電極への通電を停止した際の光ガイドの交差部の放
熱が迅速に行われる。そのため交差部の温度変化による
スイッチング動作を短い周期で高速に行うことができ、
かつ各熱光スイッチを接近して配設しても、隣接する熱
光スイッチに及ぼす熱的な影響が小さく、高集積化が可
能となる。
次に本発明による熱光スイッチが実際上どのように具体
化されるかを実施例で説明する。第1図は本発明による
熱光スイッチの実施例を示す斜視図、第2図は同熱光ス
ィッチの断面図である。4は基板であり、金属やシリコ
ンなどの半導体のような熱伝導性に優れた材料でできて
いる。この基板4上に、5i02などのような電気的に
絶縁性を有する材料から成る第1のスペーサ層5が、蒸
着やスバフタなどの手法で形成されている。そしてこの
スペーサN5の上に、光ガイドを構成するためのコア層
2が形成されている。このコア層2を、第3図や第1図
のようにX字状に交差させることで、光ガイド2A、2
Bが形成されている。この光ガイド2A、2Bの材料と
しては、屈折率が大きく且つ温度変化によって屈折率が
変化する材料、例えば5i02にTiをドープして成る
Ti St 02などのようなガラス系の材料が通して
いる。光ガイド2A、2Bの上には、更に第2のスペー
サ層6が、電気的に絶縁性をもった5i02などの蒸着
ないしスバフタなどの手法で形成されている。第1図で
は、この第2のスペーサ層6を省略した状態で表されて
いる。第2のスペーサ層6を挟んで光ガイド2A。
化されるかを実施例で説明する。第1図は本発明による
熱光スイッチの実施例を示す斜視図、第2図は同熱光ス
ィッチの断面図である。4は基板であり、金属やシリコ
ンなどの半導体のような熱伝導性に優れた材料でできて
いる。この基板4上に、5i02などのような電気的に
絶縁性を有する材料から成る第1のスペーサ層5が、蒸
着やスバフタなどの手法で形成されている。そしてこの
スペーサN5の上に、光ガイドを構成するためのコア層
2が形成されている。このコア層2を、第3図や第1図
のようにX字状に交差させることで、光ガイド2A、2
Bが形成されている。この光ガイド2A、2Bの材料と
しては、屈折率が大きく且つ温度変化によって屈折率が
変化する材料、例えば5i02にTiをドープして成る
Ti St 02などのようなガラス系の材料が通して
いる。光ガイド2A、2Bの上には、更に第2のスペー
サ層6が、電気的に絶縁性をもった5i02などの蒸着
ないしスバフタなどの手法で形成されている。第1図で
は、この第2のスペーサ層6を省略した状態で表されて
いる。第2のスペーサ層6を挟んで光ガイド2A。
2Bの交差部の真上に、発熱体電極7が設けられている
。この発熱体電極7は、チタン(Ti)やタンタル(T
a) 、ニクロム(Ni−Cr )などのように電気抵
抗の大きい材料が適している。発熱体電極7は、光ガイ
ド2Aと2Bとの交差部に沿う形で延びており、一端に
リードパターン81を介して端子91が接続されている
。発熱体電極7の他端は、リードパターン82を介して
前記基tFi4に接続されている。
。この発熱体電極7は、チタン(Ti)やタンタル(T
a) 、ニクロム(Ni−Cr )などのように電気抵
抗の大きい材料が適している。発熱体電極7は、光ガイ
ド2Aと2Bとの交差部に沿う形で延びており、一端に
リードパターン81を介して端子91が接続されている
。発熱体電極7の他端は、リードパターン82を介して
前記基tFi4に接続されている。
したがって第2のスペーサ層6には、リードパターン8
2を通すための窓穴10が開けられている。
2を通すための窓穴10が開けられている。
この構成において、クラッド層の役目をする第1のスペ
ーサ層5および第2のスペーサ層6より、コア層の役目
をする光ガイド2A、 2Bの屈折率が大きいため、レ
ーザダイオードLDがら光信号を光ガイド2Bに入射さ
せると、該光ガイド2Bを直進して、出力側の光ガイド
2Boから出射する。ところが発熱体電極7に通電して
発熱させると、光ガイド2八、2Bの交差部が加熱され
ることで屈折率が変化し、発熱体電極7に沿って屈折率
の低い壁ができ、レーザダイオードLDから入射した信
号光は、この壁1 で全反射されてもう一方
の光ガイド2Aoに切り換わる。発熱体電極7への通電
を止めて放熱させると、光ガイド2A、2Bの交差部の
温度が低下し、信号光の進路は再び元の光ガイドZBo
側に切り換ねる。
ーサ層5および第2のスペーサ層6より、コア層の役目
をする光ガイド2A、 2Bの屈折率が大きいため、レ
ーザダイオードLDがら光信号を光ガイド2Bに入射さ
せると、該光ガイド2Bを直進して、出力側の光ガイド
2Boから出射する。ところが発熱体電極7に通電して
発熱させると、光ガイド2八、2Bの交差部が加熱され
ることで屈折率が変化し、発熱体電極7に沿って屈折率
の低い壁ができ、レーザダイオードLDから入射した信
号光は、この壁1 で全反射されてもう一方
の光ガイド2Aoに切り換わる。発熱体電極7への通電
を止めて放熱させると、光ガイド2A、2Bの交差部の
温度が低下し、信号光の進路は再び元の光ガイドZBo
側に切り換ねる。
このように発熱体電極7への通電をオン・オフすること
で、光ガイド2A、 2Bの交差部における光の屈折率
を変化させ、光スイツチ作用を行わせる。
で、光ガイド2A、 2Bの交差部における光の屈折率
を変化させ、光スイツチ作用を行わせる。
したがって光スィッチを高速動作させるには、交差部の
温度変化が高速で行われることが必要である。すなわち
短時間に交差部が所定温度まで上昇したり、所定温度ま
で低下することが必要である。
温度変化が高速で行われることが必要である。すなわち
短時間に交差部が所定温度まで上昇したり、所定温度ま
で低下することが必要である。
本発明では、光ガイド2A、2Bを形成する基板4とし
て、金属や半導体などのような熱伝導に優れた材料を使
用しているため、発熱体電極7への通電を停止すると、
発熱体電極7および光ガイド2A、2Bの交差部の熱は
、熱伝導に優れた基板4によって急速に放熱される。そ
のため光ガイド2A、2Bの交差部の光スイツチ動作部
の放熱が早まり、光スイッチの駆動周期を短くして高速
動作させることができる。また多数の光スイ・チを接近
して配設 1し集積化しても、光ガイド2A
、2Bの交差部の放熱が高速で行われるので、隣接する
光スィッチへの影響が抑制され、この点からも駆動周期
を短くし、高速化できる。ちなみに光ガイド2A、 2
Bのパターンの厚さを1μm〜100 μm程度と薄ク
シ、かつ第1のスペーサ層5を1〜3μm程度とするこ
とで、交差部の放熱はm1cro、sec、のオーダで
高速放熱されることが確認された。冷却水を循環させて
強制冷却する冷却装置に基板4を重ねて熱的に結合する
と、交差部の放熱速度は更に高速となる。
て、金属や半導体などのような熱伝導に優れた材料を使
用しているため、発熱体電極7への通電を停止すると、
発熱体電極7および光ガイド2A、2Bの交差部の熱は
、熱伝導に優れた基板4によって急速に放熱される。そ
のため光ガイド2A、2Bの交差部の光スイツチ動作部
の放熱が早まり、光スイッチの駆動周期を短くして高速
動作させることができる。また多数の光スイ・チを接近
して配設 1し集積化しても、光ガイド2A
、2Bの交差部の放熱が高速で行われるので、隣接する
光スィッチへの影響が抑制され、この点からも駆動周期
を短くし、高速化できる。ちなみに光ガイド2A、 2
Bのパターンの厚さを1μm〜100 μm程度と薄ク
シ、かつ第1のスペーサ層5を1〜3μm程度とするこ
とで、交差部の放熱はm1cro、sec、のオーダで
高速放熱されることが確認された。冷却水を循環させて
強制冷却する冷却装置に基板4を重ねて熱的に結合する
と、交差部の放熱速度は更に高速となる。
また図示例のように、光ガイド2A、2Bの交差部の付
近で第1のスペーサ層5に窓穴10を開け、各発熱体電
極7の片方の端子をコモン端子として、直接基板4に接
続することで、各光スィッチを小型化でき、総ての光ス
ィッチをこのような構成とすることで、各光スィッチを
極めて接近して配設し、高集積化が可能となる。かつ高
集積化しても隣接光スイッチとの間の熱的影響が解消さ
れることで、高速かつ高集積の光スイツチ装置を実現で
きる。そして単結晶を使用する光スィッチと違って、金
属ないし半導体基板を使用できるので、極めて大型の装
置が得られる。
近で第1のスペーサ層5に窓穴10を開け、各発熱体電
極7の片方の端子をコモン端子として、直接基板4に接
続することで、各光スィッチを小型化でき、総ての光ス
ィッチをこのような構成とすることで、各光スィッチを
極めて接近して配設し、高集積化が可能となる。かつ高
集積化しても隣接光スイッチとの間の熱的影響が解消さ
れることで、高速かつ高集積の光スイツチ装置を実現で
きる。そして単結晶を使用する光スィッチと違って、金
属ないし半導体基板を使用できるので、極めて大型の装
置が得られる。
以上のように本発明によれば、光スィッチの基板材料と
して、単結晶を使用しないで済むので、基板の制約を受
けることがなく大型化が可能である。また基板の放熱効
果が大きいので、光スイツチ部の放熱を迅速に行うこと
が可能で、スイッチング動作が高速に行われ、しかも接
近して多数の光スィッチを配設することが可能で、高集
積化を実現できる。
して、単結晶を使用しないで済むので、基板の制約を受
けることがなく大型化が可能である。また基板の放熱効
果が大きいので、光スイツチ部の放熱を迅速に行うこと
が可能で、スイッチング動作が高速に行われ、しかも接
近して多数の光スィッチを配設することが可能で、高集
積化を実現できる。
第1図は本発明による熱光スイッチの実施例を示す斜視
図、第2図は同熱光スィッチの要部断面図、第3図は従
来の導波型光スイッチの平面図である。 図において、4は基板、5は第1のスペーサ層、6は第
2のスペーサ層、7は発熱体電極、8191はリードパ
ターン、91は端子、1oは窓穴をそれぞれ示す。 出願人 富士通株式会社 代理人 青柳 稔手続補正
書 21発明の名称 熱光スイッチ 3、補正をする者 代表者 山 本 卓 眞 図面第4図を追加。 明細書 1、発明の名称 熱光スイッチ 2、特許請求の範囲 [1)温度変化によって光の屈折率が変化する材料から
なる光ガイドと、該光ガイドに温度変化を与える発熱体
電極とを有する熱光スイッチであって、金属ないし半導
体などの熱伝導性に優れた材料からなる基板上に、電気
的絶縁体から成る第1のスペーサ層を設けてその上に前
記光ガイドを形成し、該光ガイドの上に第2のスペーサ
層を介して発熱体電極を設けたことを特徴とする熱光ス
イッチ。 3、発明の詳細な説明 〔発明の技術分野〕 本発明は、温度変化を与えることで光の進路を変化させ
る熱光スイッチに関する。 〔従来技術とその問題点〕 光信号などの進路を切り換える光スィッチとして、機械
式のものが知られているが、素子が大型で調整が面倒な
うえ、動作速度が遅い。これに対し導波型の光スィッチ
は、平面上にフォトリソグラフィ技術を用いて形成でき
るため量産タイプであり、各種機能を一体化することが
できて、光学系の調整が容易である。また導波路型光ス
イッチとして通常使われているLiNbO3光スィッチ
では、電極間に電圧を印加することで光の進路を切り換
えるもので、高速動作が可能である。第3図はこの導波
型光スイッチの二側を示す平面図である。 この導波型光スイッチは、YカットLiNb O3にオ
ブ酸リチウム)等の単結晶基板1上にTi (チタン)
の熱拡散により、幅8μm、厚さ4μm程度の高屈折率
の交差形導波路2a、2bを形成し、該交差部2C上に
、交差点の中心を境にして、例えば4〜6μm程度のギ
ャップGをおいて、平行状態に対向している平行電極3
a、 3bを形成した構成になっている。 電極に電圧を印加することにより、電極間に電界が加わ
り、この部分の屈折率が変化する。このような交差導波
路では、交差角、ガイド幅、屈折率などのパラメータの
選択により、一方の入射線路から入射した光を出射側の
2つの線路の一方に集中して導波させることが可能であ
る。このため、電極3a、3bに電圧を印加し、電極間
の屈折率を変化させることで直進まはた分岐路に光パワ
ーをスイッチすることができる。 この導波型光スイッチを光通信などに利用する場合、こ
のような導波型光スイッチを1つの基板に複数形成する
ことが多いが、前記のように基板1として単結晶の材料
が必要なため、多数の光スイッチで構成される大型の装
置を得ることが困難である。 これに対し結晶を使用しないで光スイツチ機能を実現で
きるものとして、ガラス基板に光ガイドを形成して成る
熱光スイッチ(サーモオプティカルスイッチ)が知られ
ている。この熱光スイッチ32.!工Hoヵ。8 (7
)i!Ja”J &t*&tfi 6、。7、ヵ
1・型化が可能であるが、多数の光スィッチを接近して
配設し集積化すると、隣接する光スィッチの温度の影響
を受は易く、温度の影響を受けないように各光スィッチ
の間隔を拡げると装置が大型となり、また隣接する光ス
ィッチが冷却してから駆動するように駆動周期を長くす
ると、動作速度が低下するという欠点がある。 〔本発明の技術的課題〕 本発明の技術的課題は、大型化が容易な熱光スイッチに
おけるこのような問題を解消し、多数の光スィッチを接
近して高密度に配置しても、動作速度を低下させること
−なしに駆動できるようにすることにある。 〔発明の技術的手段〕 この技術的課題を解決するために講じた本発明による技
術的手段は、温度変化によって光の屈折率が変化する材
料からなる光ガイドと、該光ガイドに温度変化を与える
発熱体電極とを有する熱光スイッチであって、金属ない
し半導体などの熱伝導性に優れた材料からなる基板上に
、電気的絶縁体から成る第1のスペーサ層を設けてその
上に前記光ガイドを形成し、該光ガイドの上に第2のス
ペーサ層を介して発熱体電極を設けた構成になっている
。 〔技術的手段の作用〕 この技術的手段によれば、発熱体電極に通電してない状
態では、光ガイドに入射して来た光はその光ガイドを直
進するが、発熱体電極に通電して、その下方の光ガイド
の交差部が加熱されると、該交差部の屈折率が低下して
、入射光は他方の光ガイドに導波される。また発熱体電
極への通電を止めると、入射光は再び元の光ガイドに切
り換わって直進する。このスイッチでは、屈折率Δnの
変化に対して直進状態と分岐状態が周期的に現れるため
、必ずしも通電のオフ状態をスイッチの動作状態として
使用する必要はない。 このように発熱体電極で光ガイドの交差部に温度変化を
与えることで、光スイツチ動作が行われる。本発明の場
合、光ガイドや発熱体電極は、金属や半導体などのよう
な熱の良導体からなる基板上に設けられているため、発
熱体電極への通電を停止した際の光ガイドの交差部の放
熱が迅速に行われる。そのため交差部の温度変化による
スイッチング動作を短い周期で高速に行うことができ、
かつ各熱光スイッチを接近して配設しても、隣接する熱
光スイッチに及ぼす熱的な影響が小さく、高集積化が可
能となる。 〔発明の実施例〕 次に本発明による熱光スイッチが実際上どのように具体
化されるかを実施例で説明する。第1図は本発明による
熱光スイッチの実施例を示す斜視図、第2図は同熱光ス
ィッチの断面図である。4は基板であり、金属やシリコ
ンなどの半導体のような熱伝導性に優れた材料でできて
いる。この基板4上に、5i02などのような電気的に
絶縁性を有する材料から成る第1のスペーサ層5が、蒸
着やスパッタなどの手法で形成されている。そしてこの
スペーサ層5の上に、光ガイドを構成するためのコアF
i2が形成されている。このコアFi2を、第3図や第
1図のようにX字状に交差させることで、光ガイド2A
、 2Bが形成されている。この光ガイド2八、2Bの
材料としては、屈折率が大きく且つ温度変化によって屈
折率が変化する材料、例えば5i02にTiをドープし
て成るTi St 02などのようなガラス系の材料が
適している。光ガイド2Δ、2Bの上には、更に第2の
スペーサ層6が、電気的に絶縁性をもった5i02など
の蒸着ないしスパッタなどの手法で形成されている。第
1図では、この第2のスペーサ層6を省略した状態で表
されている。第2のスペーサ層6を挟んで光ガイド2A
。 2Bの交差部の真上に、発熱体電極7が設けられている
。この発熱体電極7は、チタン(Ti)やタンタル(T
a) 、ニクロム(Ni−Cr )などのように電気抵
抗の大きい材料が適している。発熱体電極7は、光ガイ
ド2Aと2Bとの交差部に沿う形で延びており、一端に
リードパターン81を介して端子91が接続されている
。発熱体電極7の他端は、リードパターン82を介して
前記基板4に接続されている。 したがって第2のスペーサ層6には、リードパターン8
2を通すための窓穴10が開けられている。 この構成において、クラッド層の役目をする第1のスペ
ーサ層5および第2のスペーサ層6より、コア層の役目
をする光ガイド2A、2Bの屈折率が大きいため、レー
ザダイオードLDから光信号を光ガイド2Bに入射させ
ると、該光ガイド2Bを直進して、出力側の光ガイド2
Boから出射する。ところが発熱体電極7に通電して発
熱させると、光ガイド2A、2Bの交差部が加熱される
ことで、交差部の屈折率が変化しレーザダイオードLD
から入射した信号光は、もう一方の光ガイド2Aoに切
り換わる。発熱体電極7への通電を止めて放熱させると
、光ガイド2A、2Bの交差部の温度が低下し、信号光
の進路は再び元の光ガイド2Bo側に切り換わる。 このように発熱体電極7への通電をオン・オフすること
で、光ガイド2A、2Bの交差部における光の屈折率を
変化させ、光スイツチ作用を行わせる。 したがって光スィッチを高速動作させるには、交差部の
温度変化が高速で行われることが必要である。すなわち
短時間に交差部が所定温度まで上昇したり、所定温度ま
で低下することが必要である。 本発明では、光ガイド2A、2Bを形成する基板4とし
て、金属や半導体などのような熱伝導に優れた材料を使
用しているため、発熱体電極7への通電を停止すると、
発熱体電極7および光ガイド2A、2Bの交差部の熱は
、熱伝導に優れた基板4によって急速に放熱される。そ
のため光ガイド2A、2Bの交差部の光スイツチ動作部
の放熱が早まり、光スィッチの駆動周期を短くして高速
動作させることができる。また多数の光スィッチを接近
して配設し集積化しても、光ガイド2A、2Bの交差部
の放熱が高速で行われるので、隣接する光スィッチへの
影響が抑制され、この点からも駆動周期を短くし、高速
化できる。ちなみに光ガイド2A、 2Bのパターンの
厚さを0.5μm〜10μm程度と薄くし、がっ第1の
スペーサN5を1〜3μm程度とすることで、交差部の
放熱はm1cro、 sec、のオーダで高速放熱され
ることが確認された。冷却水を循環させて強制冷却する
冷却装置に基板4を重ねて熱的に結合すると、交差部の
放熱速度は更に高速となる。 また図示例のように、光ガイド2A、 2Bの交差部の
付近で第1のスペーサ層5に窓穴10を開け、各発熱体
電極7の片方の端子をコモン端子として、直接基板4に
接続することで、各光スィッチを小型化でき、総ての光
スィッチをこのような構成とすることで、各光スィッチ
を極めて接近して配設し、高集積化が可能となる。かつ
高集積化しても隣接光スイッチとの間の熱的影響が解消
されることで、高速かつ高集積の光スイツチ装置を実現
できる。そして単結晶を使用する光スィッチと違って、
金属ないし半導体基板を使用できるので、極めて大型の
装置が得られる。 更に第4図に示すよ−うに、リードパターンを用いない
で、窓穴10中で発熱体金属7を基板4と直接接着させ
ることにより、さらに放熱効果を増大させ、高速のスイ
ッチングを可能とすることができる。 〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、光スィッチの基板材料と
して、単結晶を使用しないで済むので、5 基板
の制約を受けることがなく大型化が可能である。また基
板の放熱効果が大きいので、光スイツチ部の放熱を迅速
に行うことが可能で、スイッチング動作が高速に行われ
、しかも接近して多数の光スィッチを配設することが可
能で、高集積化を実現できる。 4、図面の簡単な説明 第1図は本発明による熱光スイッチの実施例を示す斜視
図、第2図は同熱光スィッチの要部断面図、第4図は本
発明による熱光スイッチの他の実施例を示す斜視図と平
面図、第3図は従来の導波型光スイッチの平面図である
。 図において、4は基板、5は第1のスペーサ層、6は第
2のスペーサ層、7は発熱体電極、81.91はリード
パターン、91は端子、10は窓穴をそれぞれ示す。
図、第2図は同熱光スィッチの要部断面図、第3図は従
来の導波型光スイッチの平面図である。 図において、4は基板、5は第1のスペーサ層、6は第
2のスペーサ層、7は発熱体電極、8191はリードパ
ターン、91は端子、1oは窓穴をそれぞれ示す。 出願人 富士通株式会社 代理人 青柳 稔手続補正
書 21発明の名称 熱光スイッチ 3、補正をする者 代表者 山 本 卓 眞 図面第4図を追加。 明細書 1、発明の名称 熱光スイッチ 2、特許請求の範囲 [1)温度変化によって光の屈折率が変化する材料から
なる光ガイドと、該光ガイドに温度変化を与える発熱体
電極とを有する熱光スイッチであって、金属ないし半導
体などの熱伝導性に優れた材料からなる基板上に、電気
的絶縁体から成る第1のスペーサ層を設けてその上に前
記光ガイドを形成し、該光ガイドの上に第2のスペーサ
層を介して発熱体電極を設けたことを特徴とする熱光ス
イッチ。 3、発明の詳細な説明 〔発明の技術分野〕 本発明は、温度変化を与えることで光の進路を変化させ
る熱光スイッチに関する。 〔従来技術とその問題点〕 光信号などの進路を切り換える光スィッチとして、機械
式のものが知られているが、素子が大型で調整が面倒な
うえ、動作速度が遅い。これに対し導波型の光スィッチ
は、平面上にフォトリソグラフィ技術を用いて形成でき
るため量産タイプであり、各種機能を一体化することが
できて、光学系の調整が容易である。また導波路型光ス
イッチとして通常使われているLiNbO3光スィッチ
では、電極間に電圧を印加することで光の進路を切り換
えるもので、高速動作が可能である。第3図はこの導波
型光スイッチの二側を示す平面図である。 この導波型光スイッチは、YカットLiNb O3にオ
ブ酸リチウム)等の単結晶基板1上にTi (チタン)
の熱拡散により、幅8μm、厚さ4μm程度の高屈折率
の交差形導波路2a、2bを形成し、該交差部2C上に
、交差点の中心を境にして、例えば4〜6μm程度のギ
ャップGをおいて、平行状態に対向している平行電極3
a、 3bを形成した構成になっている。 電極に電圧を印加することにより、電極間に電界が加わ
り、この部分の屈折率が変化する。このような交差導波
路では、交差角、ガイド幅、屈折率などのパラメータの
選択により、一方の入射線路から入射した光を出射側の
2つの線路の一方に集中して導波させることが可能であ
る。このため、電極3a、3bに電圧を印加し、電極間
の屈折率を変化させることで直進まはた分岐路に光パワ
ーをスイッチすることができる。 この導波型光スイッチを光通信などに利用する場合、こ
のような導波型光スイッチを1つの基板に複数形成する
ことが多いが、前記のように基板1として単結晶の材料
が必要なため、多数の光スイッチで構成される大型の装
置を得ることが困難である。 これに対し結晶を使用しないで光スイツチ機能を実現で
きるものとして、ガラス基板に光ガイドを形成して成る
熱光スイッチ(サーモオプティカルスイッチ)が知られ
ている。この熱光スイッチ32.!工Hoヵ。8 (7
)i!Ja”J &t*&tfi 6、。7、ヵ
1・型化が可能であるが、多数の光スィッチを接近して
配設し集積化すると、隣接する光スィッチの温度の影響
を受は易く、温度の影響を受けないように各光スィッチ
の間隔を拡げると装置が大型となり、また隣接する光ス
ィッチが冷却してから駆動するように駆動周期を長くす
ると、動作速度が低下するという欠点がある。 〔本発明の技術的課題〕 本発明の技術的課題は、大型化が容易な熱光スイッチに
おけるこのような問題を解消し、多数の光スィッチを接
近して高密度に配置しても、動作速度を低下させること
−なしに駆動できるようにすることにある。 〔発明の技術的手段〕 この技術的課題を解決するために講じた本発明による技
術的手段は、温度変化によって光の屈折率が変化する材
料からなる光ガイドと、該光ガイドに温度変化を与える
発熱体電極とを有する熱光スイッチであって、金属ない
し半導体などの熱伝導性に優れた材料からなる基板上に
、電気的絶縁体から成る第1のスペーサ層を設けてその
上に前記光ガイドを形成し、該光ガイドの上に第2のス
ペーサ層を介して発熱体電極を設けた構成になっている
。 〔技術的手段の作用〕 この技術的手段によれば、発熱体電極に通電してない状
態では、光ガイドに入射して来た光はその光ガイドを直
進するが、発熱体電極に通電して、その下方の光ガイド
の交差部が加熱されると、該交差部の屈折率が低下して
、入射光は他方の光ガイドに導波される。また発熱体電
極への通電を止めると、入射光は再び元の光ガイドに切
り換わって直進する。このスイッチでは、屈折率Δnの
変化に対して直進状態と分岐状態が周期的に現れるため
、必ずしも通電のオフ状態をスイッチの動作状態として
使用する必要はない。 このように発熱体電極で光ガイドの交差部に温度変化を
与えることで、光スイツチ動作が行われる。本発明の場
合、光ガイドや発熱体電極は、金属や半導体などのよう
な熱の良導体からなる基板上に設けられているため、発
熱体電極への通電を停止した際の光ガイドの交差部の放
熱が迅速に行われる。そのため交差部の温度変化による
スイッチング動作を短い周期で高速に行うことができ、
かつ各熱光スイッチを接近して配設しても、隣接する熱
光スイッチに及ぼす熱的な影響が小さく、高集積化が可
能となる。 〔発明の実施例〕 次に本発明による熱光スイッチが実際上どのように具体
化されるかを実施例で説明する。第1図は本発明による
熱光スイッチの実施例を示す斜視図、第2図は同熱光ス
ィッチの断面図である。4は基板であり、金属やシリコ
ンなどの半導体のような熱伝導性に優れた材料でできて
いる。この基板4上に、5i02などのような電気的に
絶縁性を有する材料から成る第1のスペーサ層5が、蒸
着やスパッタなどの手法で形成されている。そしてこの
スペーサ層5の上に、光ガイドを構成するためのコアF
i2が形成されている。このコアFi2を、第3図や第
1図のようにX字状に交差させることで、光ガイド2A
、 2Bが形成されている。この光ガイド2八、2Bの
材料としては、屈折率が大きく且つ温度変化によって屈
折率が変化する材料、例えば5i02にTiをドープし
て成るTi St 02などのようなガラス系の材料が
適している。光ガイド2Δ、2Bの上には、更に第2の
スペーサ層6が、電気的に絶縁性をもった5i02など
の蒸着ないしスパッタなどの手法で形成されている。第
1図では、この第2のスペーサ層6を省略した状態で表
されている。第2のスペーサ層6を挟んで光ガイド2A
。 2Bの交差部の真上に、発熱体電極7が設けられている
。この発熱体電極7は、チタン(Ti)やタンタル(T
a) 、ニクロム(Ni−Cr )などのように電気抵
抗の大きい材料が適している。発熱体電極7は、光ガイ
ド2Aと2Bとの交差部に沿う形で延びており、一端に
リードパターン81を介して端子91が接続されている
。発熱体電極7の他端は、リードパターン82を介して
前記基板4に接続されている。 したがって第2のスペーサ層6には、リードパターン8
2を通すための窓穴10が開けられている。 この構成において、クラッド層の役目をする第1のスペ
ーサ層5および第2のスペーサ層6より、コア層の役目
をする光ガイド2A、2Bの屈折率が大きいため、レー
ザダイオードLDから光信号を光ガイド2Bに入射させ
ると、該光ガイド2Bを直進して、出力側の光ガイド2
Boから出射する。ところが発熱体電極7に通電して発
熱させると、光ガイド2A、2Bの交差部が加熱される
ことで、交差部の屈折率が変化しレーザダイオードLD
から入射した信号光は、もう一方の光ガイド2Aoに切
り換わる。発熱体電極7への通電を止めて放熱させると
、光ガイド2A、2Bの交差部の温度が低下し、信号光
の進路は再び元の光ガイド2Bo側に切り換わる。 このように発熱体電極7への通電をオン・オフすること
で、光ガイド2A、2Bの交差部における光の屈折率を
変化させ、光スイツチ作用を行わせる。 したがって光スィッチを高速動作させるには、交差部の
温度変化が高速で行われることが必要である。すなわち
短時間に交差部が所定温度まで上昇したり、所定温度ま
で低下することが必要である。 本発明では、光ガイド2A、2Bを形成する基板4とし
て、金属や半導体などのような熱伝導に優れた材料を使
用しているため、発熱体電極7への通電を停止すると、
発熱体電極7および光ガイド2A、2Bの交差部の熱は
、熱伝導に優れた基板4によって急速に放熱される。そ
のため光ガイド2A、2Bの交差部の光スイツチ動作部
の放熱が早まり、光スィッチの駆動周期を短くして高速
動作させることができる。また多数の光スィッチを接近
して配設し集積化しても、光ガイド2A、2Bの交差部
の放熱が高速で行われるので、隣接する光スィッチへの
影響が抑制され、この点からも駆動周期を短くし、高速
化できる。ちなみに光ガイド2A、 2Bのパターンの
厚さを0.5μm〜10μm程度と薄くし、がっ第1の
スペーサN5を1〜3μm程度とすることで、交差部の
放熱はm1cro、 sec、のオーダで高速放熱され
ることが確認された。冷却水を循環させて強制冷却する
冷却装置に基板4を重ねて熱的に結合すると、交差部の
放熱速度は更に高速となる。 また図示例のように、光ガイド2A、 2Bの交差部の
付近で第1のスペーサ層5に窓穴10を開け、各発熱体
電極7の片方の端子をコモン端子として、直接基板4に
接続することで、各光スィッチを小型化でき、総ての光
スィッチをこのような構成とすることで、各光スィッチ
を極めて接近して配設し、高集積化が可能となる。かつ
高集積化しても隣接光スイッチとの間の熱的影響が解消
されることで、高速かつ高集積の光スイツチ装置を実現
できる。そして単結晶を使用する光スィッチと違って、
金属ないし半導体基板を使用できるので、極めて大型の
装置が得られる。 更に第4図に示すよ−うに、リードパターンを用いない
で、窓穴10中で発熱体金属7を基板4と直接接着させ
ることにより、さらに放熱効果を増大させ、高速のスイ
ッチングを可能とすることができる。 〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、光スィッチの基板材料と
して、単結晶を使用しないで済むので、5 基板
の制約を受けることがなく大型化が可能である。また基
板の放熱効果が大きいので、光スイツチ部の放熱を迅速
に行うことが可能で、スイッチング動作が高速に行われ
、しかも接近して多数の光スィッチを配設することが可
能で、高集積化を実現できる。 4、図面の簡単な説明 第1図は本発明による熱光スイッチの実施例を示す斜視
図、第2図は同熱光スィッチの要部断面図、第4図は本
発明による熱光スイッチの他の実施例を示す斜視図と平
面図、第3図は従来の導波型光スイッチの平面図である
。 図において、4は基板、5は第1のスペーサ層、6は第
2のスペーサ層、7は発熱体電極、81.91はリード
パターン、91は端子、10は窓穴をそれぞれ示す。
Claims (1)
- 温度変化によって光の屈折率が変化する材料からなる光
ガイドと、該光ガイドに温度変化を与える発熱体電極と
を有する熱光スイッチであって、金属ないし半導体など
の熱伝導性に優れた材料からなる基板上に、電気的絶縁
体から成る第1のスペーサ層を設けてその上に前記光ガ
イドを形成し、該光ガイドの上に第2のスペーサ層を介
して発熱体電極を設けたことを特徴とする熱光スイッチ
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17904184A JPS6156329A (ja) | 1984-08-28 | 1984-08-28 | 熱光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17904184A JPS6156329A (ja) | 1984-08-28 | 1984-08-28 | 熱光スイツチ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6156329A true JPS6156329A (ja) | 1986-03-22 |
JPH0511294B2 JPH0511294B2 (ja) | 1993-02-15 |
Family
ID=16059080
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17904184A Granted JPS6156329A (ja) | 1984-08-28 | 1984-08-28 | 熱光スイツチ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6156329A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4946262A (en) * | 1987-11-23 | 1990-08-07 | Staat Der Nederlanden (Staatsbedrijf Der Posterijen, Telegrafie En Telefonie) | Method and device for controlling a beam of light |
EP1178349A1 (en) * | 2000-08-02 | 2002-02-06 | Corning Incorporated | Integrated thermo-optical silica switch |
WO2002086614A1 (fr) * | 2001-04-18 | 2002-10-31 | Ngk Insulators, Ltd. | Dispositif optique |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5893035A (ja) * | 1981-11-28 | 1983-06-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光スイツチ |
-
1984
- 1984-08-28 JP JP17904184A patent/JPS6156329A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5893035A (ja) * | 1981-11-28 | 1983-06-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光スイツチ |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4946262A (en) * | 1987-11-23 | 1990-08-07 | Staat Der Nederlanden (Staatsbedrijf Der Posterijen, Telegrafie En Telefonie) | Method and device for controlling a beam of light |
EP1178349A1 (en) * | 2000-08-02 | 2002-02-06 | Corning Incorporated | Integrated thermo-optical silica switch |
US6600848B2 (en) | 2000-08-02 | 2003-07-29 | Corning Incorporated | Integrated thermo-optical silica switch |
WO2002086614A1 (fr) * | 2001-04-18 | 2002-10-31 | Ngk Insulators, Ltd. | Dispositif optique |
US6961493B2 (en) | 2001-04-18 | 2005-11-01 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0511294B2 (ja) | 1993-02-15 |
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