JP2004004342A - Optical waveguide device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】ヒータなどの加熱手段による光導波路の光学特性の制御を効率的に行うことが可能な光導波路デバイス、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ガラス基板10上に、それぞれ所定の導波路パターンからなる光回路部2、3を形成し、光回路部2における光導波路21、22、及び光回路部3における光導波路31、32のそれぞれに対して、各経路の光導波路の温度制御に用いられる加熱手段であるヒータ26、27、36、37を設置する。さらに、これらのヒータ26、27、36、37が設置された各経路での光導波路21、22、31、32に対して、それぞれの側方の両側の所定位置に、基板除去部である溝部41〜45を、光導波路層を貫通してガラス基板10の厚さの70%となる深さまで形成する。
【選択図】 図1An optical waveguide device capable of efficiently controlling optical characteristics of an optical waveguide by a heating means such as a heater, and a method of manufacturing the same.
An optical circuit section having a predetermined waveguide pattern is formed on a glass substrate, and optical waveguides in the optical circuit section and optical waveguides in the optical circuit section are provided. Are provided with heaters 26, 27, 36, and 37, which are heating means used for controlling the temperature of the optical waveguide in each path. Further, with respect to the optical waveguides 21, 22, 31, 32 in the respective paths where the heaters 26, 27, 36, 37 are provided, groove portions as substrate removing portions are provided at predetermined positions on both sides of the respective optical waveguides. 41 to 45 are formed to penetrate the optical waveguide layer to a depth of 70% of the thickness of the glass substrate 10.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に所定の導波路パターンによって形成された光導波路を有する光導波路デバイス、及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、光通信技術の進展と利用の拡大に伴い、発光素子及び受光素子などの光素子や、光ファイバ及び平面光導波路などの光導波路に加えて、光合波器、光分波器、光減衰器など、様々な機能を有する光デバイスの開発と利用が進められている。
【0003】
このような光デバイスの1つとして、基板上に所定の導波路パターンによって形成された光導波路から構成された平面導波路型光回路による光導波路デバイスが用いられている。このような光導波路デバイスは、基板上での導波路パターンの構成の自由度が大きいことなどから、光回路の集積化や、光デバイスの小型化が可能であるなどの利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
平面導波路型光回路を用いた光導波路デバイスにおいては、光部品としての様々な機能を実現するため、光回路を構成している光導波路の光学特性を変化させることによって、各種の光デバイスとして機能させる構成が用いられている。光導波路の光学特性を変化させるための具体的な構成としては、例えば、電流を流すことによって光導波路の光吸収特性を変化させる構成や、熱または電圧を加えることによって光導波路の屈折率を変化させる構成などが用いられる。
【0005】
これらの構成のうち、光導波路に熱を加えて機能性光部品とする構成の光導波路デバイスでは、平面導波路型光回路の導波路パターンの所定位置に、光導波路の温度制御のためのヒータなどの加熱手段を設置する。そして、ヒータから光導波路に加えられる熱によって光導波路の温度を変化させて、その屈折率などの光学特性を制御する。
【0006】
また、光導波路の屈折率を変化させる上記の光デバイスにおいては、その具体的な光回路の構成例として、光が伝搬される光導波路を2つの経路に分岐させ、それぞれの経路で光を伝搬させた後に合波する構成が用いられている。このような構成の光回路では、分岐された経路のそれぞれでの光導波路に対してヒータを設置して、各経路において光導波路の屈折率を制御する。これにより、屈折率の変化に伴って各経路での光導波路の光路長が変化することを利用して、2つの経路をそれぞれ伝搬された光を合波する際の経路間での位相差を制御することができる。
【0007】
ここで、機能性光部品を小型化するために光導波路デバイスを構成する平面導波路型光回路での集積度を高くすると、隣接する経路での光導波路間の距離が、例えば数100μm程度と小さくなる。一方、光が伝搬される光導波路を分岐させる上記した構成の光導波路デバイスでは、光を合波する際の経路間での位相差を制御するため、隣接する経路での光導波路間で温度差をつける必要がある。しかしながら、光回路の集積化によって光導波路間の距離が小さくなると、温度差を発生させるために必要なヒータの消費電力が増大するなど、光部品としての機能を実現するための光導波路の光学特性の制御を効率的に行うことができないという問題があった。
【0008】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、ヒータなどの加熱手段による光導波路の光学特性の制御を効率的に行うことが可能な光導波路デバイス、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による光導波路デバイスは、(1)所定のガラス材料からなるガラス基板と、(2)ガラス基板上に複数の経路を含む導波路パターンによって形成され、光導波路として機能するコア層と、(3)ガラス基板及びコア層を覆うように形成され、コア層とともに光導波路層を構成するクラッド層と、(4)光導波路の複数の経路のうちで所定の経路に対して光導波路層上に設置され、所定の経路での光導波路の温度制御に用いられる加熱手段と、(5)加熱手段が設置された所定の経路での光導波路に対して、光導波路の側方の少なくとも一方側の所定位置に、光導波路層を貫通してガラス基板の厚さの70%以上となる深さまで形成された基板除去部とを備えることを特徴とする。
【0010】
上記した光導波路デバイスにおいては、平面導波路型の光導波路を形成するための基板として、ガラス基板を用いている。これにより、基板とコア層との間の距離が小さい場合であっても、光導波路であるコア層及びその近傍を伝搬される光に発生する損失を低減することができる。
【0011】
また、加熱手段が設置された経路での光導波路の側方に基板除去部を形成している。これにより、光導波路層内の他の部分への熱の拡散が抑制されるので、加熱手段による光導波路の温度制御、及びそれによる光導波路の光学特性の制御を効率的に行うことが可能となる。また、熱の拡散が抑制されることにより、加熱手段による温度制御の対象となっている経路以外の経路での光導波路に対する余分な加熱が防止される。さらに、基板除去部をガラス基板の厚さの70%以上となる深さまで形成することにより、光導波路の光学特性の制御性の向上、及び他の経路での光導波路への影響の低減を確実に実現することができる。
【0012】
ここで、光導波路層は、コア層が、ガラス基板上に直接形成されている構成であっても良い。本光導波路デバイスでは、上記したようにガラス基板を用いているため、このようにコア層をガラス基板上に直接形成し、クラッド層をオーバークラッド層のみとした構成でも、光を低損失で伝搬させることが可能である。あるいは、ガラス基板とコア層との間にアンダークラッド層を設ける構成としても良い。
【0013】
また、基板除去部は、所定の経路での光導波路の側方の一方側及び他方側のそれぞれの所定位置に、光導波路を挟んで形成されていることを特徴とする。これにより、加熱手段が設置された経路での光導波路において、光導波路層内の他の部分への熱の拡散を効果的に抑制することができる。
【0014】
このような構成では、所定の経路での光導波路の側方の一方側に設けられた基板除去部と、他方側に設けられた基板除去部との間隔が70μm以上150μm以下であることが好ましい。これにより、加熱手段が設置された経路において、コア層及びクラッド層によって光導波路を好適に構成することができる。
【0015】
また、基板除去部の内部に、所定の断熱材料が充填されていることを特徴とする。これにより、基板除去部による熱の拡散の抑制効果を向上させることができる。
【0016】
また、ガラス基板の光導波路層とは反対側に、ガラス基板に対して熱的に接触するように、ガラス基板よりも熱伝導率の高い材料からなる部材が設置されていることを特徴とする。これにより、光導波路層及びガラス基板内での余分な熱を効率的に外部へと逃がすことができる。
【0017】
また、本発明による光導波路デバイスの製造方法は、(1)所定のガラス材料からなるガラス基板上に、複数の経路を含む導波路パターンを有し光導波路として機能するコア層と、ガラス基板及びコア層を覆ってコア層とともに光導波路層を構成するクラッド層とを形成する光導波路形成工程と、(2)光導波路の複数の経路のうちで所定の経路に対して、所定の経路での光導波路の温度制御に用いられる加熱手段を光導波路層上に設置する加熱手段設置工程と、(3)加熱手段が設置された所定の経路での光導波路に対して、光導波路の側方の少なくとも一方側の所定位置に、光導波路層を貫通してガラス基板の厚さの70%以上となる深さまで基板除去部を形成する基板除去部形成工程とを備えることを特徴とする。
【0018】
上記した光導波路デバイスの製造方法によれば、加熱手段による光導波路の温度制御、及びそれによる光導波路の光学特性の制御を効率的に行うことが可能な光導波路デバイスを好適に作製することができる。
【0019】
また、光導波路形成工程において、コア層を、ガラス基板上に直接形成しても良い。また、基板除去部の形成方法については、基板除去部形成工程において、基板除去部を、ダイサを用いた加工、エッチング加工、またはレーザ加工のいずれかによって形成することが好ましい。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光導波路デバイス、及びその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【0021】
図1は、本発明による光導波路デバイスの第1実施形態の構成を示す平面図である。本実施形態の光導波路デバイスは、基板と、基板上に形成された平面導波路型の光導波路とを有する光回路からなり、光回路を構成している光導波路の光学特性を加熱手段からの熱によって変化させる機能性光部品として構成されている。
【0022】
図1に示す光導波路デバイスは、基板10と、基板10上に所定の導波路パターンによって形成された光導波路とを有する平面導波路型光回路1から構成されている。基板10としては、所定のガラス材料からなるガラス基板が用いられている。具体的なガラス材料としては、例えば、石英ガラス、または一般的な多成分ガラスなどが用いられる。
【0023】
本実施形態においては、ガラス基板10上の光導波路は、第1光回路部2及び第2光回路部3の2チャンネルの光回路部からなる導波路パターンによって形成されている。また、光回路部2、3のそれぞれは、所定の光伝送方向(図1中の矢印の方向)に沿って、複数の経路を含む導波路パターンによって平面導波路型光回路1の入力端面11と出力端面12との間に形成されている。
【0024】
第1光回路部2は、入力端面11上に設けられた入力端を一端とする入力用の光導波路20と、出力端面12上に設けられた出力端を一端とする出力用の光導波路23とを有する。また、光導波路20及び光導波路23の間には、光導波路20を2つの経路へと分岐するとともに、光導波路23へと合流される2つの光導波路21、22が設けられている。
【0025】
また、この光回路部2においては、光導波路20から分岐された一方の経路での光導波路21、及び他方の経路での光導波路22のそれぞれに対し、ヒータ26、27が設置されている。これらのヒータ26、27は、各経路において光導波路21、22の温度制御に用いられる加熱手段である。
【0026】
同様に、第2光回路部3は、入力端面11上に設けられた入力端を一端とする入力用の光導波路30と、出力端面12上に設けられた出力端を一端とする出力用の光導波路33とを有する。また、光導波路30及び光導波路33の間には、光導波路30を2つの経路へと分岐するとともに、光導波路33へと合流される2つの光導波路31、32が設けられている。
【0027】
また、この光回路部3においては、光導波路30から分岐された一方の経路での光導波路31、及び他方の経路での光導波路32のそれぞれに対し、ヒータ36、37が設置されている。これらのヒータ36、37は、各経路において光導波路31、32の温度制御に用いられる加熱手段である。
【0028】
また、ヒータ26、27、36、37が設置された各経路での光導波路21、22、31、32に対して、それぞれの側方の一方側及び他方側の所定位置に、溝部41〜45が形成されている。
【0029】
図2は、図1に示した光導波路デバイスの断面構造を、光回路1での光伝送方向に垂直な方向に沿って示すI−I矢印断面図である。この平面導波路型光回路1は、第1光回路部2の光導波路20〜23、及び第2光回路部3の光導波路30〜33を含む図1に示した導波路パターンによってガラス基板10上に形成された光導波路層を有している。
【0030】
ガラス基板10上には、光導波路として機能するコア層15が、所定の導波路パターンによって形成されている。本実施形態においては、このコア層15はアンダークラッド層を介さずに、ガラス基板10上に直接形成されている。また、光導波路20〜23、30〜33に対応するコア層15のそれぞれは、図2に示すように略矩形状の断面形状を有している。
【0031】
また、ガラス基板10、及びガラス基板10上のコア層15を覆うように、オーバークラッド層16が形成されている。そして、これらのコア層15及びオーバークラッド層16により、ガラス基板10上の光導波路層が構成されている。このクラッド層16は、コア層15よりも低い屈折率を有し、これにより、上記したコア層15が、光が伝搬される光導波路として機能する。
【0032】
また、第1光回路部2の2つの経路での光導波路21、22、及び第2光回路部3の2つの経路での光導波路31、32のそれぞれに対し、光導波路に熱を加えるための加熱手段であるヒータが設置されている。
【0033】
すなわち、光導波路21に相当しているコア層15に対向する光導波路層のクラッド層16上には、平面状のヒータ26が設けられている。また、光導波路22のコア層15に対向する光導波路層上には、ヒータ27が設けられている。また、光導波路31のコア層15に対向する光導波路層上には、ヒータ36が設けられている。また、光導波路32のコア層15に対向する光導波路層上には、ヒータ37が設けられている。
【0034】
また、上記したヒータ26、27、36、37が設置された光回路部2、3の光導波路21、22、31、32のそれぞれに対し、その側方の両側の所定位置に、基板除去部である溝部41〜45が形成されている。
【0035】
すなわち、第1光回路部2側のガラス基板10の端面と、光導波路21及びヒータ26との間の所定位置に、溝部41が設けられている。また、光導波路21及びヒータ26と、光導波路22及びヒータ27との間の所定位置に、溝部42が設けられている。また、光導波路22及びヒータ27と、光導波路31及びヒータ36との間の所定位置に、溝部43が設けられている。また、光導波路31及びヒータ36と、光導波路32及びヒータ37との間の所定位置に、溝部44が設けられている。また、光導波路32及びヒータ37と、第2光回路部3側のガラス基板10の端面との間の所定位置に、溝部45が設けられている。
【0036】
これらの溝部41〜45のそれぞれは、光導波路層のクラッド層16を貫通するとともに、ガラス基板10を深さd2まで除去し、光導波路層の除去部分及びガラス基板10の除去部分を合わせた全体として深さd1まで形成されている。また、この溝部41〜45の深さd1は、ガラス基板10の除去部分の深さd2が、ガラス基板10の厚さd0の70%以上(d2≧d0×0.7)となるように設定されている。
【0037】
以上の構成において、平面導波路型光回路1の第1光回路部2に対して入力端面11側から光導波路20へと入力された光は、2つの経路の光導波路21及び光導波路22へと分岐される。
【0038】
光導波路21においては、ヒータ26を用いて光導波路21の温度が制御されて、その光学特性である屈折率が保持または変化される。これにより、光導波路21の実効的な光路長が所望の光路長となるように制御される。同様に、光導波路22においては、ヒータ27を用いて光導波路22の温度が制御されて、その光学特性である屈折率が保持または変化される。これにより、光導波路22の実効的な光路長が所望の光路長となるように制御される。
【0039】
それぞれ光路長が制御されている光導波路21及び光導波路22をそれぞれ伝搬された光は、光導波路23へと合波される。このとき、2つの経路での光導波路21、22からの光を合波する際の経路間での位相差が、ヒータ26、27によって制御されたそれぞれの光路長に応じて設定される。これにより、図1に示した光導波路デバイスでは、光導波路23から外部へと出力される光について、光導波路20へと入力された光からの減衰率などが制御される。なお、第2光回路部3の動作についても、第1光回路部2と同様である。
【0040】
本実施形態による光導波路デバイスの効果について説明する。
【0041】
図1及び図2に示した光導波路デバイスでは、平面導波路型光回路1において光導波路を形成するための基板として、ガラス基板10を用いている。ここで、ガラス基板10では、ガラス基板10上に形成される光導波路層内を伝搬される光の一部が光導波路近傍の基板内を伝搬される場合であっても、光に対して発生する損失が小さい。したがって、ガラス基板10と、光導波路に対応するコア層15との間の距離が小さいような構成においても、コア層15及びその近傍を伝搬される光に発生する損失を低減することができる。
【0042】
例えば、上述した光導波路デバイスでは、図2に示したように、コア層15がガラス基板10上に直接形成された構成を用いている。このように、コア層15を基板10上に直接形成し、クラッド層をオーバークラッド層16のみとした構成でも、上記のように基板10としてガラス基板を用いることにより、光を低損失で伝搬させることができる。
【0043】
また、加熱手段であるヒータ26、27、36、37が設置された経路での光導波路21、22、31、32に対して、その側方に基板除去部である溝部41〜45をそれぞれ形成している。これにより、ヒータによって対応する光導波路を加熱した場合に、光導波路層内の他の部分への熱の拡散が抑制される。したがって、ヒータによる光導波路の温度制御、及びそれによる光導波路の屈折率などの光学特性の制御を効率的に行うことが可能となる。また、熱の拡散が抑制されることにより、ヒータによる温度制御の対象となっている経路以外の経路での光導波路に対する余分な加熱が防止される。
【0044】
すなわち、例えば図2において第1光回路部2の光導波路22に着目すると、光導波路22の左側及び右側にそれぞれ溝部42、43が設けられていることにより、ヒータ27から加えられる熱を、光導波路22に相当するコア層15に対して効率良く供給することができる。これにより、光導波路22の温度制御を行うためのヒータ27での消費電力が低減される。
【0045】
また、隣接する光導波路との関係について見ると、光導波路22の左側に設けられた溝部42により、ヒータ27からの熱が隣接する光導波路21へと拡散することが抑制される。また、光導波路22の右側に設けられた溝部43により、ヒータ27からの熱が隣接する光導波路31へと拡散することが抑制される。これにより、互いに隣接する4つの経路での光導波路21、22、31、32のそれぞれについて、その温度制御、及びそれによる光導波路の光学特性の制御を効率良く行うことが可能となる。
【0046】
また、このような隣接する光導波路への影響の抑制は、光導波路デバイスの全体としての消費電力を低減する上でも有用である。
【0047】
すなわち、2つの経路での光導波路21、22を有する第1光回路部2において、光導波路21を光導波路22に対して10℃高い温度にする場合、溝部が設けられていない通常の構成では、光導波路21に対応するヒータ26を50℃〜90℃程度まで加熱する必要がある。これは、ヒータ26を用いて加熱を行うことにより、光導波路21とともに隣接する光導波路22の温度も上昇してしまうためである。さらに、このような光回路部が複数チャンネル集積された光導波路デバイスでは、ヒータでの消費電力が増大し、また、例えば8チャンネルで200℃以上の温度となるなど、動作時に光導波路デバイスが高温となるという問題がある。
【0048】
このように、光導波路デバイスが過度に高温となる場合には、デバイスを強制的に冷却する冷却手段を設置することが必要となる。しかしながら、このように強制冷却手段を設けると、光導波路デバイス自体の温度は低減されるものの、冷却手段を含む光通信システムの全体としては、その消費電力が増大し、また冷却手段からの発熱を含む全体の発熱量も大きくなってしまう。
【0049】
これに対して、上記したように、ヒータが設置されている光導波路の側方に基板除去部を形成した構成の光導波路デバイスによれば、ヒータ26を用いて光導波路21を加熱したときに、隣接する光導波路22の温度が上昇することが抑制される。これにより、比較的低い加熱温度において、隣接する光導波路21、22間で所望の温度差を得ることができる。したがって、光導波路デバイス、あるいは光導波路デバイスを含む光通信システムの全体としての消費電力や発熱量を低減することが可能となる。また、光導波路デバイスに対する強制冷却手段の設置が不要となるなど、光導波路デバイスの構成を簡単化して、デバイスを小型化することができる。
【0050】
また、平面導波路型の光導波路を形成する基板としてガラス基板10を用いた構成では、上記のようにコア層15及びその近傍での光の伝搬を低損失で行うことができるが、一方で、他の基板(例えばシリコン基板)に比べて隣接チャンネルからの熱の影響を受けやすくなる場合がある。これに対して、上述した光導波路デバイスでは、基板除去部である溝部41〜45を、ガラス基板10の厚さの70%以上となる深さまで形成している。このように、光導波路間での基板除去部を充分な深さで形成することにより、光導波路の光学特性の制御性の向上、及び他の経路での光導波路への影響の低減を確実に実現することができる。
【0051】
なお、光導波路に熱を加えて機能性光部品とする構成を有する従来の光導波路デバイスとして、例えば、特開平5−34525号公報(文献1)、特開平9−211240号公報(文献2)、2001年電子情報通信学会総合大会C−3−61(文献3)に記載されたデバイスがある。
【0052】
このうち、文献1に記載された光導波路デバイスでは、ヒータが設けられた光導波路の下の基板部分を裏面側から除去している。しかしながら、このように光導波路層の下方にあるシリコン基板の一部を機械加工などによって除去する加工は難しい。また、この構成では、光導波路の直下の基板部分を除去するために高い加工精度が要求され、生産性を上げることができない。また、文献2に記載された光導波路デバイスでは、シリコン基板の一部を石英基板に置き換えた複合基板を用いているが、このような構成においても、複合基板を作製するための工程数が多く、生産性が低い上にデバイスが高コスト化する。
【0053】
また、文献3に記載された光導波路デバイスでは、シリコン基板上に形成された光導波路層に断熱溝を設けているが、光導波路層のみを除去して溝を形成しているため、熱の拡散の抑制効果が充分には得られない。また、光導波路を形成するための基板としてシリコン基板を用いているため、光導波路を伝搬される光の損失が高くなる場合がある。
【0054】
これに対して、図1及び図2に示した光導波路デバイスでは、ガラス基板10を用いるとともに、ヒータ26、27、36、37がそれぞれ設置された光導波路21、22、31、32の側方に、基板除去部として、ガラス基板10の厚さの70%以上となる深さまでの溝部41〜45を形成している。これにより、光導波路において光が低損失で伝搬される構成とするとともに、ヒータによる光導波路の光学特性の制御を効率的に行うことが可能となる。また、光導波路の直下の基板部分を除去する構成や、基板を複合基板とする構成に比べ作製工程が容易化されるので、その生産性が向上される。
【0055】
図1及び図2に示した光導波路デバイスの構成及び効果等について、さらに具体的に説明する。
【0056】
まず、上記実施形態の光導波路デバイスにおける各チャンネルのヒータでの消費電力及び発熱量について検討する。
【0057】
集積化が可能であるという平面光導波路を用いた光回路の利点を活かす場合、基板上に、フォトダイオードなどの受光素子やその他の光素子を、平面光導波路と一体化して設ける構成を用いることが想定される。ここで、一般的なフォトダイオードの動作補償範囲は85℃程度までであり、また、光導波路の使用については70°程度まで保証する必要がある。このような条件では、光導波路に許容される温度上昇は15℃までとなる。
【0058】
図3は、光導波路の温度の消費電力に対する依存性を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は、ヒータでの消費電力(mW)を示している。また、縦軸は、ヒータによって加熱される光導波路の温度(℃)を示している。このグラフでは、実際に使用可能な大きさである寸法70mm×35mmの放熱板に取り付けた光導波路デバイスを用いた実測結果を示している。
【0059】
図3に示すグラフによれば、環境温度の25℃に対し、約1Wの消費電力で温度が15℃上昇して、光導波路の温度が40℃となっている。ここで、8チャンネルの光導波路デバイスを想定すると、1チャンネル当たりで許容される消費電力は125mWとなる。さらに、製造上の許容誤差等を考慮すれば、1チャンネル当たりの消費電力が110mW以下となるように光導波路デバイスを設計することが好ましい。
【0060】
次に、光導波路デバイスにおいて隣接する光導波路の温度制御に要求される精度について検討する。
【0061】
図1に示した光導波路デバイスでの光回路部2のように、光導波路が2つの経路での光導波路21、22へと分岐される構成では、これらの光導波路21、22間での温度差の制御には位相差制御の精度などから考えて、約0.4℃の温度制御の精度が要求される。また、光導波路21、22間で要求される最大の温度差は、上記のように15℃である。これに対して、上述のように複数チャンネルの光回路部2、3を有する光導波路デバイスでは、各チャンネルの光回路部での温度を変動させたときの、他のチャンネルの光回路部への影響が問題となる。
【0062】
例えば、図2においては、光導波路21、22が、第1光回路部2で対になっている光導波路である。また、光導波路31、32が、第2光回路部3で対になっている光導波路である。このような構成において、第2光回路部3で光導波路31、32間での温度差が一定の温度差に制御されている状態で、隣接する第1光回路部2に対して設置されているヒータをON/OFFすることを考える。
【0063】
このような場合、第2光回路部3に対して最も影響するのは、光導波路22に対して設置されているヒータ27がOFFからONになる状態変化である。ヒータ27をONとした場合、上記したように、光導波路22は光導波路21に対して最大で15℃高い温度となる。このとき、光回路部2において光導波路22に対するヒータ27をONにすることによって、隣接する光回路部3での光導波路31、32のそれぞれの温度、及び光導波路31、32間での温度差が大きく変動すると、各チャンネルの光回路部で光部品としての特性を維持することができなくなる。具体的には、分岐された光導波路間での温度差の制御に要求される精度が0.4℃であることから考えて、隣接する光導波路に対するヒータの影響による温度の変動はその半分の0.2℃以下とする必要がある。
【0064】
このような問題について、光回路部2において、光導波路22が光導波路21に対して15℃高い温度となるようにヒータ27を加熱した場合に、隣接する光回路部3において、光導波路31、32間で発生する温度差について調べた。ここでは、光導波路31、32間での温度差は、温度を直接測定するのではなく、光学測定によって光導波路30〜33の伝送損失を測定し、得られた損失値から光導波路31、32間で発生する位相差を計算し、さらに、得られた位相差から計算によって温度差を求めた。
【0065】
図4は、厚さd0=500μmのガラス基板10を用いた光導波路デバイスでの(a)光導波路間の温度差の溝の深さに対する依存性、及び(b)ヒータの消費電力の溝の深さに対する依存性を示すグラフである。
【0066】
図4(a)のグラフにおいて、横軸は、光導波路間に形成される溝部でのガラス基板の除去部分の深さd2(μm、図2参照)を示している。また、縦軸は、上記した条件において光導波路31、32間で発生する温度差(℃)を示している。また、図4(b)のグラフにおいて、横軸は、光導波路間に形成される溝部でのガラス基板の除去部分の深さd2(μm)を示している。また、縦軸は、上記した条件を実現するのに必要なヒータでの消費電力(mW)を示している。
【0067】
また、図5は、厚さd0=300μmのガラス基板10を用いた光導波路デバイスでの(a)光導波路間の温度差の溝の深さに対する依存性、及び(b)ヒータの消費電力の溝の深さに対する依存性を示すグラフである。
【0068】
図5(a)のグラフにおいて、横軸は、光導波路間に形成される溝部でのガラス基板の除去部分の深さd2(μm)を示している。また、縦軸は、上記した条件において光導波路31、32間で発生する温度差(℃)を示している。また、図5(b)のグラフにおいて、横軸は、光導波路間に形成される溝部でのガラス基板の除去部分の深さd2(μm)を示している。また、縦軸は、上記した条件を実現するのに必要なヒータでの消費電力(mW)を示している。
【0069】
まず、図4(b)及び図5(b)に示すヒータの消費電力のグラフでは、ガラス基板10の厚さd0が500μm、及び300μmのいずれの場合も、基板部分での溝の深さd2を50μm以上とすることによって、1チャンネル当たりのヒータの消費電力を110mW以下とする条件が満たされている。これは、ガラス基板10は熱伝導率が比較的低く、熱の逃げが小さいためである。
【0070】
一方、図4(a)及び図5(a)に示す温度差のグラフでは、ガラス基板10の厚さd0を500μmとした図4(a)の場合、発生する温度差を0.2℃以下とするには、基板部分での溝の深さd2を350μm以上とする必要がある。また、厚さd0を300μmとした図5(a)の場合、発生する温度差を同じく0.2℃以下とするには、溝の深さd2を210μm以上とする必要がある。
【0071】
以上より、1チャンネル当たりのヒータの消費電力を110mW以下とするとともに、隣接する光導波路に対するヒータの影響による温度の変動を0.2℃以下とするためには、上述したように、光導波路間での基板除去部をガラス基板の厚さの70%以上となる深さまで形成すれば良いことがわかる。
【0072】
ここで、図1に示した光導波路デバイスでは、光導波路21、22、31、32のそれぞれに対して、光導波路の側方の一方側及び他方側の両側に、光導波路を挟むように基板除去部である溝部を設ける構成を用いている。これにより、ヒータが設置された光導波路において、光導波路層内の他の部分への熱の拡散を効果的に抑制することができる。なお、図1の構成においては、溝部42、43、44は、それぞれその両側に位置する光導波路に対する基板除去部として共用されている。
【0073】
また、このような構成では、両側に設けられた基板除去部の間隔、例えば、ヒータ26が設置された光導波路21に対して左側に設けられた溝部41と、右側に設けられた溝部42との間隔を70μm以上150μm以下とすることが好ましい。これにより、ヒータが設置された経路において、コア層15及びクラッド層16によって光導波路を好適に構成することができる。
【0074】
すなわち、溝部の間隔が50μmよりも小さくなると、光導波路に相当するコア部及びその近傍を伝搬される光が基板除去部へと漏洩し、光の伝送損失が増大する。このため、溝部の間隔は50μm以上とすることが好ましく、溝部を形成する際の加工精度等を考慮すると、70μm以上の間隔とすることが好ましい。
【0075】
また、溝部の間隔が150μmよりも大きくなると、ヒータによる光導波路の加熱の効率が低下し、場合によっては、1チャンネル当たりのヒータの消費電力を110mW以下とする条件を満たすことができなくなる。したがって、溝部の間隔を150μm以下とすることが好ましい。
【0076】
ただし、この溝部などの基板除去部については、一般には、ヒータが設置されている光導波路に対し、その側方の少なくとも一方側に形成することによって、光導波路の光学特性の制御の効率を向上することができる。基板除去部を光導波路の側方の一方側に設けるか、あるいは両側に設けるかについては、個々の光導波路デバイスでの光回路の集積度や、具体的な導波路パターンなどに応じて設計することが好ましい。
【0077】
また、基板除去部の具体的な構成については、光導波路21及びヒータ26に対して形成された基板除去部に着目すると、図1及び図2に示した光導波路デバイスでは、基板除去部として光導波路21に沿って伸びる溝状の基板除去部である溝部41、42を形成している。ただし、基板除去部としては、これ以外の構成の基板除去部を用いても良い。
【0078】
図6(a)〜(c)は、図1に示した光導波路デバイスに形成される基板除去部の変形例を示す平面図である。図6(a)では、光導波路21を挟んで形成された溝部41及び溝部42に代えて、光導波路21を挟むとともに、それぞれ2つに分割された溝部41a、41b及び溝部42a、42bの例を示している。また、図6(b)では、光導波路21に沿って複数個の円筒状の基板除去部を連続的に配列した基板除去部41c及び基板除去部42cの例を示している。また、図6(c)では、光導波路21に沿って複数個の円筒状の基板除去部を一定の間隔をおいて配列した基板除去部41d及び基板除去部42dの例を示している。また、これらの構成以外にも、様々な構成の基板除去部を用いて良い。
【0079】
次に、図1及び図2に示した光導波路デバイスの製造方法について説明する。図7(a)〜(d)は、上述した光導波路デバイスの製造方法の一例を示す工程図である。なお、これらの図7(a)〜(d)においては、図2に示した断面図に対応する断面図によって各工程を図示している。
【0080】
図7に示す製造方法では、光導波路を形成するための基板となるガラス基板10を用意し、このガラス基板10上に、光導波膜14を形成する(図7(a))。そして、複数の経路を含む図1に示した導波路パターンによって光導波膜14をパターニングして、それぞれ光導波路として機能するコア層15を作製する(図7(b))。
【0081】
次に、ガラス基板10及びパターニングされたコア層15を覆うように、コア層15よりも低い屈折率を有するクラッド層16を形成する(図7(c))。これにより、コア層15及びクラッド層16からなる光導波路層がガラス基板10上に形成される(光導波路形成工程)。
【0082】
続いて、光導波路の複数の経路のうちで所定の経路に対応するコア層15の上方に位置する光導波路層のクラッド層16上に、加熱手段であるヒータ26、27、36、37を設置する(加熱手段設置工程)。さらに、各光導波路間の所定位置に、基板除去部である溝部41〜45を、それぞれ光導波路層のクラッド層16を貫通してガラス基板10の厚さの70%以上となる深さまで形成する(基板除去部形成工程)。以上により、図1及び図2に示した構成の光導波路デバイスが得られる(図7(d))。
【0083】
ここで、溝部などの基板除去部の具体的な形成方法については、ダイサを用いた加工、エッチング加工、またはレーザ加工のいずれかによって形成することが好ましい。また、ダイサを用いて基板除去部を形成する場合には、ダイサの刃の直径は60mm程度、あるいは60mm以下のものを用いるのが、基板除去部を良好に形成する上で好適である。
【0084】
続いて、図1及び図2に示した光導波路デバイスの変形例について説明する。なお、以下の図8〜図10においては、光回路1での光伝送方向に垂直な方向に沿って示す、図2に示した断面図に対応する断面図によって、各実施形態での光導波路デバイスの断面構造を示している。また、以下に示す各実施形態は、光導波路デバイスの平面構造については、図1に示したものと同様である。
【0085】
図8は、光導波路デバイスの第2実施形態の構成を示す断面図である。図8に示す光導波路デバイスは、図1及び図2に示した光導波路デバイスと同様の構成を有しているが、基板除去部である溝部41〜45の構成が異なっている。
【0086】
すなわち、本実施形態では、溝部41〜45のそれぞれの内部に、所定の断熱材料からなる充填材料40が充填されている。このような構成では、ヒータが設置された光導波路からの熱の拡散について、基板除去部による熱の拡散の抑制効果を向上させることができる。
【0087】
また、ガラス基板10の光導波路層とは反対側に、ガラス基板10よりも熱伝導率の高い材料からなる部材として、放熱板50が設置されている。この放熱板50は、ガラス基板10に対して熱的に接触するように設置されている。これにより、コア層15及びクラッド層16からなる光導波路層内、及びガラス基板10内での余分な熱を効率的に外部へと逃がすことができる。
【0088】
このような放熱板50としては、例えば金属板を用いることができる。また、ガラス基板10と放熱板50との接触方法については、熱伝導率が高い接着剤によって貼り合わせる方法や、熱伝導率が高いグリースを介して接触させる方法などを用いることができる。なお、図3〜図5のグラフにおいては、図1及び図2に示した構成の光導波路デバイスにおいて、ガラス基板10を金属製の放熱板に固定して実験を行っている。
【0089】
図9は、光導波路デバイスの第3実施形態の構成を示す断面図である。図9に示す光導波路デバイスは、図1及び図2に示した光導波路デバイスと同様の構成を有しているが、コア層及びクラッド層からなる光導波路層の構成が異なっている。
【0090】
すなわち、本実施形態では、ガラス基板10上に形成される光導波路層において、コア層15及びオーバークラッド層16に加えて、ガラス基板10とコア層15及びオーバークラッド層16との間に、アンダークラッド層17を設けている。このように、光導波路層については、ガラス基板10上に直接コア層15を形成する構成に限らず、アンダークラッド層17を設ける構成としても良い。ただし、アンダークラッド層を設けない図2の構成では、図9の構成に比べ、その製造工程が簡単化されるという利点がある。
【0091】
図10は、光導波路デバイスの第4実施形態の構成を示す断面図である。図10に示す光導波路デバイスは、図1及び図2に示した光導波路デバイスと同様の構成を有しているが、基板除去部である溝部41〜45の構成が異なっている。
【0092】
すなわち、本実施形態では、溝部41〜45を、それぞれ光導波路層のクラッド層16及びガラス基板10までの全体を貫通するように形成している。光導波路間に形成される基板除去部については、上述したように、ガラス基板の厚さの70%以上となる深さまで形成することが好ましく、このように、ガラス基板を貫通するように基板除去部を形成することも含まれる。
【0093】
本発明による光導波路デバイス、及びその製造方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、図1及び図2においては、2チャンネルの光回路部2、3を有する構成の平面導波路型光回路1による光導波路デバイスを示したが、1チャンネルのみ、あるいは3チャンネル以上の光回路部を有する構成としても良い。
【0094】
【発明の効果】
本発明による光導波路デバイス、及びその製造方法は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、平面導波路型の光導波路を形成するための基板としてガラス基板を用いるとともに、加熱手段が設置された経路での光導波路の側方に基板除去部を形成した構成によれば、ヒータなどの加熱手段による光導波路の温度制御、及びそれによる光導波路の光学特性の制御を効率的に行うことが可能な光導波路デバイス、及びその製造方法が得られる。また、基板除去部をガラス基板の厚さの70%以上となる深さまで形成することにより、光導波路の光学特性の制御性の向上、及び他の経路での光導波路への影響の低減を確実に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光導波路デバイスの第1実施形態の構成を示す平面図である。
【図2】図1に示した光導波路デバイスの光伝送方向に垂直な断面構造を示すI−I矢印断面図である。
【図3】光導波路の温度の消費電力に対する依存性を示すグラフである。
【図4】厚さ500μmのガラス基板を用いた光導波路デバイスでの(a)光導波路間の温度差の溝の深さに対する依存性、及び(b)ヒータの消費電力の溝の深さに対する依存性を示すグラフである。
【図5】厚さ300μmのガラス基板を用いた光導波路デバイスでの(a)光導波路間の温度差の溝の深さに対する依存性、及び(b)ヒータの消費電力の溝の深さに対する依存性を示すグラフである。
【図6】図1に示した光導波路デバイスに形成される基板除去部の変形例を示す平面図である。
【図7】図1に示した光導波路デバイスの製造方法の一例を示す工程図である。
【図8】光導波路デバイスの第2実施形態の構成を示す断面図である。
【図9】光導波路デバイスの第3実施形態の構成を示す断面図である。
【図10】光導波路デバイスの第4実施形態の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1…平面導波路型光回路、10…ガラス基板、11…入力端面、12…出力端面、14…光導波膜、15…コア層、16…オーバークラッド層、17…アンダークラッド層、2…第1光回路部、20〜23…光導波路、26、27…ヒータ、3…第2光回路部、30〜33…光導波路、36、37…ヒータ、40…充填材料、41〜45…溝部(基板除去部)、50…放熱板。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical waveguide device having an optical waveguide formed on a substrate by a predetermined waveguide pattern, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the development and expansion of optical communication technology, in addition to optical elements such as light emitting elements and light receiving elements, and optical waveguides such as optical fibers and planar optical waveguides, optical multiplexers, optical demultiplexers, and optical attenuation The development and use of optical devices having various functions, such as devices, are being promoted.
[0003]
As one of such optical devices, an optical waveguide device using a planar waveguide type optical circuit constituted by an optical waveguide formed on a substrate by a predetermined waveguide pattern is used. Such an optical waveguide device has advantages such as integration of an optical circuit and miniaturization of the optical device, because the degree of freedom of the configuration of the waveguide pattern on the substrate is large.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In an optical waveguide device using a planar waveguide type optical circuit, various optical devices are realized by changing the optical characteristics of the optical waveguide constituting the optical circuit in order to realize various functions as optical components. A functioning configuration is used. As a specific configuration for changing the optical characteristics of the optical waveguide, for example, a configuration for changing the light absorption characteristics of the optical waveguide by passing a current, or a change in the refractive index of the optical waveguide by applying heat or voltage For example, a configuration for causing the same to be used is used.
[0005]
Among these configurations, in an optical waveguide device having a configuration in which heat is applied to an optical waveguide to form a functional optical component, a heater for controlling the temperature of the optical waveguide is provided at a predetermined position of a waveguide pattern of a planar waveguide optical circuit. A heating means such as is installed. Then, the temperature of the optical waveguide is changed by the heat applied to the optical waveguide from the heater, and the optical characteristics such as the refractive index are controlled.
[0006]
In the above-described optical device that changes the refractive index of the optical waveguide, as a specific example of the configuration of the optical circuit, the optical waveguide through which light is propagated is branched into two paths, and light is propagated through each path. A configuration is used in which multiplexing is performed after the multiplexing. In the optical circuit having such a configuration, a heater is provided for each of the optical waveguides in each of the branched paths, and the refractive index of the optical waveguide is controlled in each of the paths. By using the fact that the optical path length of the optical waveguide in each path changes according to the change in the refractive index, the phase difference between the paths when the light propagated through the two paths is multiplexed is calculated. Can be controlled.
[0007]
Here, when the degree of integration in the planar waveguide type optical circuit constituting the optical waveguide device is increased in order to reduce the size of the functional optical component, the distance between the optical waveguides in adjacent paths is, for example, about several hundred μm. Become smaller. On the other hand, in the optical waveguide device having the above-described configuration for branching the optical waveguide through which light propagates, the temperature difference between the optical waveguides in adjacent paths is controlled in order to control the phase difference between the paths when the light is combined. Must be attached. However, if the distance between the optical waveguides is reduced due to the integration of the optical circuit, the power consumption of the heater required to generate a temperature difference increases, and the optical characteristics of the optical waveguide to realize the function as an optical component, such as increasing the power consumption. Control cannot be performed efficiently.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above problems, and an optical waveguide device capable of efficiently controlling optical characteristics of an optical waveguide by a heating means such as a heater, and a method of manufacturing the same. The purpose is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, an optical waveguide device according to the present invention is formed of (1) a glass substrate made of a predetermined glass material, and (2) a waveguide pattern including a plurality of paths on the glass substrate, A core layer functioning as an optical waveguide; (3) a cladding layer formed so as to cover the glass substrate and the core layer and constituting the optical waveguide layer together with the core layer; and (4) a predetermined one of a plurality of paths of the optical waveguide. (5) a heating unit provided on the optical waveguide layer for the path and used for controlling the temperature of the optical waveguide on the predetermined path; and (5) an optical waveguide on the predetermined path provided with the heating unit. A substrate removing portion is provided at a predetermined position on at least one side of the optical waveguide, the substrate removing portion penetrating the optical waveguide layer and formed to a depth of 70% or more of the thickness of the glass substrate.
[0010]
In the above-described optical waveguide device, a glass substrate is used as a substrate for forming a planar waveguide type optical waveguide. Thereby, even when the distance between the substrate and the core layer is small, it is possible to reduce the loss generated in the light propagated through the core layer as the optical waveguide and the vicinity thereof.
[0011]
Further, a substrate removing portion is formed on a side of the optical waveguide in a path where the heating means is installed. This suppresses the diffusion of heat to other portions in the optical waveguide layer, so that it is possible to efficiently control the temperature of the optical waveguide by the heating means and thereby control the optical characteristics of the optical waveguide. Become. In addition, since the diffusion of heat is suppressed, unnecessary heating of the optical waveguide in a path other than the path subject to temperature control by the heating unit is prevented. Furthermore, by forming the substrate removal portion to a depth of 70% or more of the thickness of the glass substrate, controllability of the optical characteristics of the optical waveguide is improved, and influence on the optical waveguide in other paths is reduced. Can be realized.
[0012]
Here, the optical waveguide layer may have a configuration in which the core layer is formed directly on the glass substrate. In the present optical waveguide device, since the glass substrate is used as described above, even if the core layer is formed directly on the glass substrate and the cladding layer is formed only of the over cladding layer, light is propagated with low loss. It is possible to do. Alternatively, an under cladding layer may be provided between the glass substrate and the core layer.
[0013]
Further, the substrate removing portion is formed at predetermined positions on one side and the other side of the optical waveguide in a predetermined path, with the optical waveguide interposed therebetween. This makes it possible to effectively suppress the diffusion of heat to other portions in the optical waveguide layer in the optical waveguide on the path where the heating unit is provided.
[0014]
In such a configuration, it is preferable that an interval between the substrate removing portion provided on one side of the optical waveguide in the predetermined path and the substrate removing portion provided on the other side is not less than 70 μm and not more than 150 μm. . Thereby, the optical waveguide can be suitably configured by the core layer and the cladding layer in the path where the heating means is provided.
[0015]
Further, a predetermined heat insulating material is filled in the inside of the substrate removing section. Thereby, the effect of suppressing heat diffusion by the substrate removing portion can be improved.
[0016]
Also, a member made of a material having a higher thermal conductivity than the glass substrate is provided on the opposite side of the glass substrate to the optical waveguide layer so as to be in thermal contact with the glass substrate. . Thereby, excess heat in the optical waveguide layer and the glass substrate can be efficiently released to the outside.
[0017]
Further, the method for manufacturing an optical waveguide device according to the present invention includes: (1) a core layer having a waveguide pattern including a plurality of paths and functioning as an optical waveguide on a glass substrate made of a predetermined glass material; An optical waveguide forming step of forming a clad layer constituting the optical waveguide layer together with the core layer so as to cover the core layer; and (2) a predetermined path among a plurality of paths of the optical waveguide. A heating means setting step of setting a heating means used for controlling the temperature of the optical waveguide on the optical waveguide layer; and (3) a side of the optical waveguide with respect to the optical waveguide on a predetermined path where the heating means is installed. A substrate removing portion forming step of forming a substrate removing portion at a predetermined position on at least one side to penetrate the optical waveguide layer to a depth of 70% or more of the thickness of the glass substrate.
[0018]
According to the method for manufacturing an optical waveguide device described above, it is possible to suitably manufacture an optical waveguide device capable of efficiently controlling the temperature of the optical waveguide by the heating unit and controlling the optical characteristics of the optical waveguide by the heating unit. it can.
[0019]
In the optical waveguide forming step, the core layer may be formed directly on the glass substrate. Regarding the method of forming the substrate removing portion, it is preferable that the substrate removing portion is formed by any of processing using a dicer, etching, or laser processing in the substrate removing portion forming step.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of an optical waveguide device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Also, the dimensional ratios in the drawings do not always match those described.
[0021]
FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the first embodiment of the optical waveguide device according to the present invention. The optical waveguide device of the present embodiment comprises an optical circuit having a substrate and a planar waveguide type optical waveguide formed on the substrate, and changes the optical characteristics of the optical waveguide forming the optical circuit from heating means. It is configured as a functional optical component that is changed by heat.
[0022]
The optical waveguide device shown in FIG. 1 includes a planar waveguide type optical circuit 1 having a
[0023]
In the present embodiment, the optical waveguide on the
[0024]
The first
[0025]
In the
[0026]
Similarly, the second
[0027]
Further, in the
[0028]
Also, the
[0029]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical waveguide device shown in FIG. 1 taken along the line II along the direction perpendicular to the light transmission direction in the optical circuit 1. The planar waveguide type optical circuit 1 includes a
[0030]
On the
[0031]
Further, an over
[0032]
In addition, heat is applied to the
[0033]
That is, the
[0034]
Further, for each of the
[0035]
That is, the
[0036]
Each of these
[0037]
In the above configuration, light input from the
[0038]
In the
[0039]
The light propagated through each of the
[0040]
The effect of the optical waveguide device according to the present embodiment will be described.
[0041]
In the optical waveguide device shown in FIGS. 1 and 2, a
[0042]
For example, in the above-described optical waveguide device, as shown in FIG. 2, a configuration in which the
[0043]
In addition,
[0044]
That is, for example, when attention is paid to the
[0045]
As for the relationship with the adjacent optical waveguide, the
[0046]
In addition, suppression of the influence on the adjacent optical waveguide is also useful for reducing the power consumption of the entire optical waveguide device.
[0047]
That is, in the first
[0048]
As described above, when the temperature of the optical waveguide device becomes excessively high, it is necessary to provide a cooling unit for forcibly cooling the device. However, when the forced cooling means is provided in this way, although the temperature of the optical waveguide device itself is reduced, the power consumption of the optical communication system including the cooling means as a whole increases, and heat generated from the cooling means is reduced. The total amount of heat generated also increases.
[0049]
On the other hand, as described above, according to the optical waveguide device having the configuration in which the substrate removal portion is formed on the side of the optical waveguide on which the heater is installed, when the
[0050]
Further, in the configuration using the
[0051]
As a conventional optical waveguide device having a configuration in which a heat is applied to an optical waveguide to form a functional optical component, for example, JP-A-5-34525 (Document 1) and JP-A-9-212240 (Document 2) , 2001, there is a device described in IEICE General Conference C-3-61 (Document 3).
[0052]
Among them, in the optical waveguide device described in Document 1, the substrate portion below the optical waveguide provided with the heater is removed from the back surface side. However, it is difficult to remove a part of the silicon substrate below the optical waveguide layer by machining or the like. In addition, in this configuration, high processing accuracy is required to remove the substrate portion immediately below the optical waveguide, so that productivity cannot be increased. Further, in the optical waveguide device described in
[0053]
Further, in the optical waveguide device described in
[0054]
On the other hand, in the optical waveguide device shown in FIGS. 1 and 2, the
[0055]
The configuration and effects of the optical waveguide device shown in FIGS. 1 and 2 will be described more specifically.
[0056]
First, the power consumption and the amount of heat generated by the heater of each channel in the optical waveguide device of the above embodiment will be discussed.
[0057]
When taking advantage of the optical circuit using a planar optical waveguide that integration is possible, use a configuration in which a light receiving element such as a photodiode and other optical elements are integrated with the planar optical waveguide on a substrate. Is assumed. Here, the operation compensation range of a general photodiode is up to about 85 ° C., and the use of an optical waveguide needs to be guaranteed up to about 70 °. Under such conditions, the temperature rise allowed for the optical waveguide is up to 15 ° C.
[0058]
FIG. 3 is a graph showing the dependence of the temperature of the optical waveguide on the power consumption. In this graph, the horizontal axis indicates the power consumption (mW) of the heater. The vertical axis indicates the temperature (° C.) of the optical waveguide heated by the heater. This graph shows actual measurement results using an optical waveguide device attached to a heat sink having a size of 70 mm × 35 mm, which is a size that can be actually used.
[0059]
According to the graph shown in FIG. 3, the temperature rises by 15 ° C. with power consumption of about 1 W against the environmental temperature of 25 ° C., and the temperature of the optical waveguide becomes 40 ° C. Here, assuming an eight-channel optical waveguide device, the permissible power consumption per channel is 125 mW. Further, in consideration of manufacturing tolerance and the like, it is preferable to design the optical waveguide device such that the power consumption per channel is 110 mW or less.
[0060]
Next, the accuracy required for controlling the temperature of the adjacent optical waveguide in the optical waveguide device will be discussed.
[0061]
In a configuration in which the optical waveguide is branched into the
[0062]
For example, in FIG. 2, the
[0063]
In such a case, what has the greatest effect on the second
[0064]
Regarding such a problem, when the
[0065]
FIG. 4 shows (a) the dependence of the temperature difference between the optical waveguides on the depth of the groove, and (b) the power consumption of the heater in the groove of the optical waveguide device using the
[0066]
In the graph of FIG. 4A, the horizontal axis indicates the depth d2 (μm, see FIG. 2) of the removed portion of the glass substrate in the groove formed between the optical waveguides. The vertical axis indicates a temperature difference (° C.) generated between the
[0067]
FIG. 5 shows (a) the dependence of the temperature difference between the optical waveguides on the depth of the groove, and (b) the power consumption of the heater in the optical waveguide device using the
[0068]
In the graph of FIG. 5A, the horizontal axis indicates the depth d2 (μm) of the removed portion of the glass substrate in the groove formed between the optical waveguides. The vertical axis indicates a temperature difference (° C.) generated between the
[0069]
First, in the graphs of the power consumption of the heaters shown in FIGS. 4B and 5B, the depth d2 of the groove in the substrate portion is not limited to the case where the thickness d0 of the
[0070]
On the other hand, in the graph of the temperature difference shown in FIGS. 4A and 5A, in the case of FIG. 4A where the thickness d0 of the
[0071]
As described above, in order to reduce the power consumption of the heater per channel to 110 mW or less and to reduce the temperature fluctuation due to the influence of the heater on the adjacent optical waveguides to 0.2 ° C. or less, as described above, the distance between the optical waveguides is set. It can be seen that the substrate removal portion in the above process may be formed to a depth of 70% or more of the thickness of the glass substrate.
[0072]
Here, in the optical waveguide device shown in FIG. 1, a substrate is provided on each of the
[0073]
Further, in such a configuration, the distance between the substrate removing portions provided on both sides, for example, the
[0074]
That is, when the interval between the groove portions is smaller than 50 μm, light propagating in the core portion corresponding to the optical waveguide and the vicinity thereof leaks to the substrate removing portion, and the light transmission loss increases. For this reason, it is preferable that the interval between the groove portions is 50 μm or more, and it is preferable that the interval is 70 μm or more in consideration of processing accuracy or the like when forming the groove portion.
[0075]
On the other hand, when the interval between the groove portions is larger than 150 μm, the efficiency of heating the optical waveguide by the heater is reduced, and in some cases, the condition that the power consumption of the heater per channel is 110 mW or less cannot be satisfied. Therefore, it is preferable that the interval between the groove portions is 150 μm or less.
[0076]
However, the substrate removal portion such as the groove is generally formed on at least one side of the optical waveguide on which the heater is installed, thereby improving the efficiency of controlling the optical characteristics of the optical waveguide. can do. Whether the substrate removal portion is provided on one side of the optical waveguide or on both sides is designed according to the degree of integration of the optical circuit in each optical waveguide device, a specific waveguide pattern, and the like. Is preferred.
[0077]
As for the specific configuration of the substrate removing unit, focusing on the substrate removing unit formed for the
[0078]
FIGS. 6A to 6C are plan views showing modified examples of the substrate removing portion formed in the optical waveguide device shown in FIG. In FIG. 6A, an example of the
[0079]
Next, a method of manufacturing the optical waveguide device shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIGS. 7A to 7D are process diagrams illustrating an example of a method for manufacturing the above-described optical waveguide device. 7A to 7D, each step is illustrated by a cross-sectional view corresponding to the cross-sectional view illustrated in FIG.
[0080]
In the manufacturing method shown in FIG. 7, a
[0081]
Next, a
[0082]
Subsequently,
[0083]
Here, as for a specific method for forming the substrate-removed portion such as the groove portion, it is preferable to form the substrate by any one of processing using a dicer, etching, and laser processing. When the substrate removing portion is formed using a dicer, it is preferable to use a dicer having a blade diameter of about 60 mm or less, or 60 mm or less in order to form the substrate removing portion satisfactorily.
[0084]
Subsequently, a modified example of the optical waveguide device shown in FIGS. 1 and 2 will be described. In FIGS. 8 to 10 described below, the optical waveguide in each embodiment is shown by a cross-sectional view corresponding to the cross-sectional view shown in FIG. 2 and taken along a direction perpendicular to the light transmission direction in the optical circuit 1. 1 shows a cross-sectional structure of a device. In each of the embodiments described below, the planar structure of the optical waveguide device is the same as that shown in FIG.
[0085]
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the second embodiment of the optical waveguide device. The optical waveguide device shown in FIG. 8 has the same configuration as that of the optical waveguide device shown in FIGS. 1 and 2, but differs in the configuration of the
[0086]
That is, in the present embodiment, each of the
[0087]
On the opposite side of the
[0088]
As such a
[0089]
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the third embodiment of the optical waveguide device. The optical waveguide device shown in FIG. 9 has a configuration similar to that of the optical waveguide device shown in FIGS. 1 and 2, but differs in the configuration of the optical waveguide layer including the core layer and the cladding layer.
[0090]
That is, in the present embodiment, in the optical waveguide layer formed on the
[0091]
FIG. 10 is a sectional view showing the configuration of the fourth embodiment of the optical waveguide device. The optical waveguide device shown in FIG. 10 has the same configuration as that of the optical waveguide device shown in FIGS. 1 and 2, but differs in the configuration of the
[0092]
That is, in the present embodiment, the
[0093]
The optical waveguide device and the method for manufacturing the same according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible. For example, FIGS. 1 and 2 show an optical waveguide device using a planar waveguide type optical circuit 1 having a configuration having two-channel
[0094]
【The invention's effect】
The optical waveguide device and the manufacturing method thereof according to the present invention have the following effects as described in detail above. That is, according to a configuration in which a glass substrate is used as a substrate for forming a planar waveguide type optical waveguide, and a substrate removing portion is formed on a side of the optical waveguide in a path where a heating unit is installed, a heater or the like is used. Thus, an optical waveguide device capable of efficiently controlling the temperature of the optical waveguide by the heating means, and controlling the optical characteristics of the optical waveguide by the heating means, and a method of manufacturing the same can be obtained. Further, by forming the substrate removal portion to a depth of 70% or more of the thickness of the glass substrate, controllability of the optical characteristics of the optical waveguide is improved, and influence on the optical waveguide in other paths is reduced. Can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a first embodiment of an optical waveguide device.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a line II of FIG. 1, showing a cross-sectional structure of the optical waveguide device shown in FIG. 1 perpendicular to a light transmission direction.
FIG. 3 is a graph showing the dependence of the temperature of an optical waveguide on power consumption.
FIG. 4 shows (a) the dependence of the temperature difference between optical waveguides on the depth of the groove, and (b) the power consumption of the heater with respect to the depth of the groove in an optical waveguide device using a glass substrate having a thickness of 500 μm. It is a graph which shows dependency.
FIG. 5 shows (a) dependence of temperature difference between optical waveguides on groove depth, and (b) power consumption of heater with respect to groove depth in an optical waveguide device using a glass substrate having a thickness of 300 μm. It is a graph which shows dependency.
FIG. 6 is a plan view showing a modification of the substrate removing portion formed in the optical waveguide device shown in FIG.
FIG. 7 is a process chart showing an example of a method for manufacturing the optical waveguide device shown in FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a second embodiment of the optical waveguide device.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a third embodiment of the optical waveguide device.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a fourth embodiment of the optical waveguide device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Planar waveguide optical circuit, 10 ... Glass substrate, 11 ... Input end face, 12 ... Output end face, 14 ... Optical waveguide film, 15 ... Core layer, 16 ... Over clad layer, 17 ... Under clad layer, 2 ... 1 optical circuit section, 20 to 23 optical waveguide, 26, 27 heater, 3 second optical circuit section, 30 to 33 optical waveguide, 36, 37 heater, 40 filling material, 41 to 45 groove section ( (Substrate removal part), 50 ... heat sink.
Claims (9)
前記ガラス基板上に複数の経路を含む導波路パターンによって形成され、光導波路として機能するコア層と、
前記ガラス基板及び前記コア層を覆うように形成され、前記コア層とともに光導波路層を構成するクラッド層と、
前記光導波路の前記複数の経路のうちで所定の経路に対して前記光導波路層上に設置され、前記所定の経路での前記光導波路の温度制御に用いられる加熱手段と、
前記加熱手段が設置された前記所定の経路での前記光導波路に対して、前記光導波路の側方の少なくとも一方側の所定位置に、前記光導波路層を貫通して前記ガラス基板の厚さの70%以上となる深さまで形成された基板除去部と
を備えることを特徴とする光導波路デバイス。A glass substrate made of a predetermined glass material,
A core layer formed by a waveguide pattern including a plurality of paths on the glass substrate and functioning as an optical waveguide,
A cladding layer formed so as to cover the glass substrate and the core layer, and constituting an optical waveguide layer together with the core layer;
Heating means installed on the optical waveguide layer for a predetermined path among the plurality of paths of the optical waveguide, and used for temperature control of the optical waveguide in the predetermined path,
With respect to the optical waveguide in the predetermined path in which the heating means is provided, at a predetermined position on at least one side of the optical waveguide, the thickness of the glass substrate through the optical waveguide layer is reduced. An optical waveguide device comprising: a substrate removing portion formed to a depth of 70% or more.
前記光導波路の前記複数の経路のうちで所定の経路に対して、前記所定の経路での前記光導波路の温度制御に用いられる加熱手段を前記光導波路層上に設置する加熱手段設置工程と、
前記加熱手段が設置された前記所定の経路での前記光導波路に対して、前記光導波路の側方の少なくとも一方側の所定位置に、前記光導波路層を貫通して前記ガラス基板の厚さの70%以上となる深さまで基板除去部を形成する基板除去部形成工程と
を備えることを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。On a glass substrate made of a predetermined glass material, a core layer having a waveguide pattern including a plurality of paths and functioning as an optical waveguide, and forming an optical waveguide layer together with the core layer covering the glass substrate and the core layer. An optical waveguide forming step of forming a cladding layer to be formed,
For a predetermined path among the plurality of paths of the optical waveguide, a heating unit setting step of setting a heating unit used for controlling the temperature of the optical waveguide in the predetermined path on the optical waveguide layer,
With respect to the optical waveguide in the predetermined path in which the heating means is provided, at a predetermined position on at least one side of the optical waveguide, the thickness of the glass substrate through the optical waveguide layer is reduced. Forming a substrate-removed portion to a depth of 70% or more.
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