JP2001337235A - Optical circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光通信システム等に
用いられる光回路に関し、特に光回路を構成する光導波
路の一部を加熱して光回路作製時の加工寸法の誤差等に
伴う光回路の特性のずれを補償した光回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical circuit used in an optical communication system and the like, and more particularly, to an optical circuit which is produced by heating a part of an optical waveguide constituting the optical circuit and causing an error in a processing dimension in manufacturing the optical circuit. The present invention relates to an optical circuit that compensates for the deviation of the characteristics.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光通信システム等に用いられる光導波路
型部品の中に、方向性結合器型の光カプラやマッハツェ
ンダ型光スイッチ・導波路型回折格子（ＡＷＧ：Arraye
d Waveguide Grating）・光時分割多重化回路等の光回
路がある。2. Description of the Related Art Among optical waveguide type components used in optical communication systems and the like, directional coupler type optical couplers and Mach-Zehnder type optical switches / waveguide type diffraction gratings (AWG: Arraye) are known.
d Waveguide Grating) There are optical circuits such as optical time division multiplexing circuits.
【０００３】例えば、方向性結合器型の光カプラは、２
本の光導波路のコア部が近接した構造をしており、２本
のコア部が近接した領域で導波光が周期的に移行するこ
とを利用して所望の分岐比のカプラとするものである。For example, a directional coupler type optical coupler has a 2
The core portion of the two optical waveguides has a structure in which the core portions are close to each other, and a coupler having a desired branching ratio is obtained by utilizing the periodic transition of the guided light in a region where the two core portions are close to each other. .
【０００４】また、マッハツェンダ型光スイッチは、２
つの３ｄＢカプラを２本の光導波路で結んだ構造をして
おり、入力ポートに入射した光は分岐部で２分岐されて
それぞれの経路を伝搬し、合部で干渉し、２つの出力ポ
ートから出力される。この合部で干渉する際に２つの経
路からの光に位相差を付けることによって、上下２つの
出力ポートからの光の出力比を制御することができ、光
のスイッチングができる。この位相差を生じさせる方法
としては、２分岐された経路（マッハツェンダ回路のア
ーム部）である光導波路の一方に薄膜ヒータを設けて加
熱し、温度により光導波路の屈折率が変化する効果（熱
光学効果）を利用して光路長差を生じさせる方法があ
る。The Mach-Zehnder type optical switch has a 2
In this structure, two 3 dB couplers are connected by two optical waveguides, and the light incident on the input port is split into two at the splitting part, propagates through the respective paths, interferes at the junction, and interferes from the two output ports. Is output. By giving a phase difference to the light from the two paths when interfering at this junction, the output ratio of the light from the two upper and lower output ports can be controlled, and the light can be switched. As a method of generating the phase difference, a thin-film heater is provided on one of the optical waveguides, which is a branched path (arm portion of the Mach-Zehnder circuit), to heat the optical waveguide, and the refractive index of the optical waveguide changes depending on the temperature (thermal effect). There is a method of generating an optical path length difference using the optical effect).
【０００５】このようなスイッチング特性の例を図３に
線図で示す。図３において横軸は薄膜ヒータへの印加電
力としての駆動電力（単位：ｍＷ）を表わし、アーム部
の加熱温度に相当し、縦軸は出力ポートからの光出力パ
ワー（単位：ｄＢｍ）を表わしている。また特性曲線の
うち太線は入力側の上ポートに光入力した場合に、出力
側の上ポートから出力される光のパワー（through）を
示し、細線は出力側の下ポートから出力される光出力パ
ワー（cross）を示す。図３より分かるように、駆動電
力の増加とともに、光出力パワーが周期的に変化する。
そのため、適当な電力を印加すれば、throughだけある
いはcrossだけから光を出力したり、光の出力比を制御
することができる。FIG. 3 is a diagram showing an example of such switching characteristics. In FIG. 3, the horizontal axis represents the driving power (unit: mW) as the power applied to the thin film heater, which corresponds to the heating temperature of the arm, and the vertical axis represents the optical output power from the output port (unit: dBm). ing. In the characteristic curve, the bold line indicates the power (through) of light output from the upper port on the output side when light is input to the upper port on the input side, and the thin line indicates the light output output from the lower port on the output side. Indicates power (cross). As can be seen from FIG. 3, the optical output power periodically changes as the driving power increases.
Therefore, by applying appropriate power, light can be output only from through or only from cross, and the output ratio of light can be controlled.
【０００６】このような光回路の作製方法としては、石
英ガラス基板やシリコン基板上にまず光導波路の下部ク
ラッド層を形成し、次いでその上に下部クラッド層より
も屈折率が高いコア層を形成する。その後、フォトリソ
グラフィやドライエッチング等の周知の薄膜微細加工技
術を用いてコア層を所望の光回路パターンのコア部に加
工した後、上部クラッド層を積層して３次元導波路形状
の光回路を形成する。その際、光導波路材料としては、
火炎堆積法やプラズマＣＶＤ法等により成膜したシリカ
膜や、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）・ポリ
カーボネート・ポリイミド・ポリシロキサン・ＢＣＢ
（ベンゾシクロブテン）・フッ素樹脂等の有機系材料が
用いられていた。As a method of manufacturing such an optical circuit, a lower cladding layer of an optical waveguide is first formed on a quartz glass substrate or a silicon substrate, and then a core layer having a higher refractive index than the lower cladding layer is formed thereon. I do. Thereafter, the core layer is processed into a core portion of a desired optical circuit pattern by using a known thin film microfabrication technique such as photolithography or dry etching, and then an upper clad layer is laminated to form a three-dimensional waveguide optical circuit. Form. At that time, as an optical waveguide material,
Silica film formed by flame deposition method, plasma CVD method, etc., PMMA (polymethyl methacrylate), polycarbonate, polyimide, polysiloxane, BCB
Organic materials such as (benzocyclobutene) and fluororesin have been used.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
薄膜微細加工技術を用いて作製した光導波路を具備する
光回路においては、加工寸法の誤差が生じることから、
所望の特性の光回路を正確にかつ安定して作製すること
が困難であるという問題点があった。このような加工寸
法の誤差が光回路の特性に与える影響について、マッハ
ツェンダ型光スイッチを例にとって説明する。However, in an optical circuit having an optical waveguide manufactured by using a conventional thin film microfabrication technique, an error in the processing dimension occurs.
There is a problem that it is difficult to accurately and stably produce an optical circuit having desired characteristics. The effect of such an error in the processing dimension on the characteristics of the optical circuit will be described by taking a Mach-Zehnder optical switch as an example.
【０００８】図３に示したようなスイッチング特性を示
すマッハツェンダ型光スイッチにおいては、駆動電力が
０ｍＷの時にthroughの光出力パワーが極小値となり、
同時にcrossの光出力パワーが極大値となるはずである
が、加工寸法の誤差によってマッハツェンダ光回路に光
路長差が生じていたことに起因して、約1.5ｍＷ分の初
期位相オフセット（位相として約0.3π）が生じてい
る。このような初期位相オフセットがある場合には、実
際のスイッチングの際にそれを補償する分の電力が必要
となり、光回路の電力消費が多くなるという問題を招来
する結果となる。In the Mach-Zehnder optical switch having the switching characteristics as shown in FIG. 3, when the driving power is 0 mW, the optical output power of through becomes a minimum value,
At the same time, the optical output power of the cross should have a maximum value. However, due to the difference in the optical path length in the Mach-Zehnder optical circuit due to an error in the processing dimension, an initial phase offset of about 1.5 mW (approx. 0.3π). If there is such an initial phase offset, power for compensating it during actual switching is required, resulting in a problem that the power consumption of the optical circuit increases.
【０００９】このように、従来の薄膜微細加工技術を用
いて作製された光回路においては、加工寸法の誤差等に
よって、所望の特性の光回路を作製することが困難であ
るという問題点があった。As described above, in an optical circuit manufactured using the conventional thin film microfabrication technology, there is a problem that it is difficult to manufacture an optical circuit having desired characteristics due to an error in processing dimensions and the like. Was.
【００１０】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、光導波路の加工
寸法の誤差等に伴う光回路の特性のずれを解決して所望
の特性を有した光回路を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and has as its object to solve the problem of deviations in the characteristics of an optical circuit due to errors in the processing dimensions of an optical waveguide and to obtain desired characteristics. To provide an improved optical circuit.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の光回路は、基板
上に形成されたシロキサン系ポリマから成る光導波路を
具備し、この光導波路は、その形成後にコア部の一部お
よびその周囲のクラッド部を局所的に加熱して、この加
熱部における前記コア部と前記クラッド部との屈折率差
を前記加熱部に隣接する部分におけるコア部とクラッド
部との屈折率差より小さくしてあることを特徴とするも
のである。An optical circuit according to the present invention includes an optical waveguide made of a siloxane-based polymer formed on a substrate, and the optical waveguide is formed, after its formation, on a part of a core portion and a peripheral portion thereof. The clad portion is locally heated, and the refractive index difference between the core portion and the clad portion in this heating portion is smaller than the refractive index difference between the core portion and the clad portion in a portion adjacent to the heating portion. It is characterized by the following.
【００１２】また、本発明の光回路は、上記構成におい
て、前記光導波路は、少なくともコア部に金属が添加さ
れており、その添加量がクラッド部よりも多いことを特
徴とするものである。Further, in the optical circuit of the present invention, in the above-mentioned configuration, the optical waveguide is characterized in that at least a core is added with a metal, and the amount of the metal added is larger than that of the clad.
【００１３】本発明の光回路によれば、基板上に形成さ
れた光回路を構成するシロキサン系ポリマから成る光導
波路のコア部の一部およびその周囲のクラッド部を局所
的に加熱してこの加熱部におけるコア部およびクラッド
部の屈折率を変化させ、両者の屈折率差を変化させてこ
の加熱部に隣接する部分における屈折率差より小さくす
ることによって、光導波路の伝搬定数を所望の値に変化
させて調節することができるため、光回路作製時におけ
る光導波路の加工寸法の誤差等に伴う光回路の特性のず
れをこの加熱部によって補償して、所望通りの良好な光
学特性を有する光回路を作製することができる。According to the optical circuit of the present invention, a part of the core portion of the optical waveguide made of a siloxane-based polymer constituting the optical circuit formed on the substrate and the surrounding clad portion are locally heated to form the optical circuit. By changing the refractive index of the core portion and the cladding portion in the heating portion, and changing the refractive index difference between the two portions so as to be smaller than the refractive index difference in the portion adjacent to the heating portion, the propagation constant of the optical waveguide becomes a desired value. The heating section compensates for the deviation in the characteristics of the optical circuit due to errors in the processing dimensions of the optical waveguide during the production of the optical circuit, and has the desired good optical characteristics. An optical circuit can be manufactured.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の光回路について図
面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の光回路の実
施の形態の一例を示した上面図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an optical circuit according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a top view showing an example of an embodiment of the optical circuit of the present invention.
【００１５】本発明の光回路は、図１に示すように、基
板上（図示せず）に形成された、コア部１を屈折率がコ
ア部１より小さいクラッド部２で覆った三次元導波路構
造の光導波路からなる光回路である。ここでは、光回路
としてマッハツェンダ型光回路を用いた熱光学効果によ
り生じる位相変化を利用する光スイッチを例に示してあ
る。３は光導波路の所定のコア部１上に形成した熱光学
効果を得るための薄膜ヒータである。As shown in FIG. 1, the optical circuit according to the present invention has a three-dimensional optical circuit in which a core 1 formed on a substrate (not shown) is covered with a clad 2 having a refractive index smaller than that of the core 1. This is an optical circuit including an optical waveguide having a waveguide structure. Here, an optical switch utilizing a phase change caused by a thermo-optic effect using a Mach-Zehnder type optical circuit as an optical circuit is shown as an example. Reference numeral 3 denotes a thin film heater formed on a predetermined core portion 1 of the optical waveguide for obtaining a thermo-optic effect.
【００１６】本発明の光回路において、光回路を構成す
る光導波路が形成される基板には、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基板・ガラス
セラミック基板・多層セラミック基板等が使用できる。In the optical circuit of the present invention, the substrate on which the optical waveguide constituting the optical circuit is formed includes various substrates used as substrates for handling optical signals, such as an optical integrated circuit substrate and an optoelectronic mixed substrate, for example, silicon. Substrates, alumina substrates, glass ceramic substrates, multilayer ceramic substrates, and the like can be used.
【００１７】基板上に形成される光導波路は、クラッド
部２中にコア部１が形成された三次元導波路形状の光導
波路であり、その形成材料としては、本発明の光回路に
おいてはシロキサン系ポリマを用いる。ここで、クラッ
ド部２にシロキサン系ポリマを用い、コア部１に金属、
例えばチタン（Ｔｉ）を含有したシロキサン系ポリマを
用いた光導波路とすれば、両者の屈折率が加熱温度に応
じてそれぞれ異なる変化率で線形的に変化するため、コ
ア部１およびクラッド部２の屈折率をそれぞれ所望の値
に変化させ、両者の屈折率差を小さく変化させることが
でき、これによって光導波路の伝搬定数を変化させるこ
とができるため、光導波路の形成時の寸法誤差等に伴う
特性のずれを調整して光回路の特性を所望通りのものに
調節することができる。The optical waveguide formed on the substrate is an optical waveguide having a three-dimensional waveguide shape in which a core 1 is formed in a cladding 2. The material for forming the optical waveguide is siloxane in the optical circuit of the present invention. A system polymer is used. Here, a siloxane-based polymer is used for the cladding part 2, a metal is used for the core part 1,
For example, in the case of an optical waveguide using a siloxane-based polymer containing titanium (Ti), the refractive indices of both change linearly at different rates according to the heating temperature. Since the refractive index can be changed to a desired value and the difference between the two refractive indexes can be reduced, and the propagation constant of the optical waveguide can be changed. By adjusting the deviation of the characteristics, the characteristics of the optical circuit can be adjusted as desired.
【００１８】このようなシロキサン系ポリマとしては、
ポリマの骨格にシロキサン結合が含まれている樹脂であ
ればよく、例えばポリフェニルシルセスキオキサン・ポ
リメチルフェニルシルセスキオキサン・ポリジフェニル
シルセスキオキサン等がある。また、コア部１およびク
ラッド部２に含有させる金属としてはチタンに限られる
ものではなく、ゲルマニウム（Ｇｅ）・アルミニウム
（Ａｌ）・エルビウム（Ｅｒ）等も使用できる。これら
の金属を含有したコア部１を形成するには、その金属ア
ルコキシドを添加したシロキサン系ポリマ膜形成用溶液
を熱重合させて金属含有シロキサン系ポリマ層を形成
し、これを所望の形状・寸法に加工すればよい。なお、
クラッド部２に用いるシロキサン系ポリマにも上記と同
様の金属を含有させてもよく、その場合はコア部１との
含有量の差により屈折率差を設けるようにすればよい。
このようにコア部１とクラッド部２の両方に添加量を異
ならせて金属を添加させることによっても、形成後の加
熱によって所望の屈折率差に調整可能な光導波路とする
ことができる。Such siloxane-based polymers include:
Any resin may be used as long as it has a siloxane bond in the polymer skeleton. Examples thereof include polyphenylsilsesquioxane, polymethylphenylsilsesquioxane, and polydiphenylsilsesquioxane. The metal contained in the core portion 1 and the cladding portion 2 is not limited to titanium, but may be germanium (Ge), aluminum (Al), erbium (Er), or the like. To form the core portion 1 containing these metals, a solution for forming a siloxane-based polymer film to which the metal alkoxide is added is thermally polymerized to form a metal-containing siloxane-based polymer layer. It is sufficient to process it. In addition,
The siloxane-based polymer used for the clad portion 2 may also contain the same metal as described above. In such a case, a difference in the refractive index may be provided by a difference in content from the core portion 1.
In this way, by adding a metal to both the core portion 1 and the cladding portion 2 with different addition amounts, an optical waveguide that can be adjusted to a desired refractive index difference by heating after formation can be obtained.
【００１９】コア部１およびクラッド部２に用いるシロ
キサン系ポリマ、ならびに金属アルコキシドを添加した
シロキサン系ポリマ膜形成用溶液を熱重合させて形成さ
れた金属含有シロキサン系ポリマは、膜を形成する際の
熱処理による重合反応によってより多くのシロキサン結
合が生成されて強固な膜が形成されるものであるが、膜
を形成した後にも、十分な熱量で加熱を行なうと、さら
に重合が進んでより多くのシロキサン結合が生成され、
同時に有機官能基が分解除去されるため、膜の屈折率を
小さくすることができる。この屈折率が小さくなる変化
は、金属含有シロキサン系ポリマの方が、金属アルコキ
シドを添加しないものよりも大きく、また金属アルコキ
シドの添加量が多いシロキサン系ポリマの方が少ないも
のよりも大きいため、これらを組み合わせてコア部１お
よびクラッド部２を形成し、そのコア部１の一部および
その周囲のクラッド部２を局所的に加熱することによっ
て、この加熱部のコア部１とクラッド部２との屈折率差
を小さくなるように調整することができる。The siloxane-based polymer used for the core portion 1 and the clad portion 2 and the metal-containing siloxane-based polymer formed by thermally polymerizing a solution for forming a siloxane-based polymer film to which a metal alkoxide has been added are used in forming the film. Although more siloxane bonds are generated by the polymerization reaction due to heat treatment and a strong film is formed, even after the film is formed, if heating is performed with a sufficient amount of heat, the polymerization proceeds further and more A siloxane bond is formed,
At the same time, the organic functional groups are decomposed and removed, so that the refractive index of the film can be reduced. The change in the decrease in the refractive index is larger in the metal-containing siloxane-based polymer than in the case where the metal alkoxide is not added, and is larger than that in the case where the siloxane-based polymer with a larger amount of the metal alkoxide added is smaller. To form a core portion 1 and a cladding portion 2 and locally heat a part of the core portion 1 and the surrounding cladding portion 2, so that the core portion 1 and the cladding portion 2 The refractive index difference can be adjusted to be small.
【００２０】具体的には、コア部１とクラッド部２の両
方を金属を含有しないシロキサン系ポリマで形成する、
コア部１を金属含有シロキサン系ポリマで、クラッド部
２を金属を含有しないシロキサン系ポリマで形成する、
コア部１とクラッド部２の両方を金属含有シロキサン系
ポリマで形成し、コア部１における金属含有量を多くす
る等の組合せとすればよい。このとき、コア部１に添加
する金属の添加量は、クラッド部２に対して金属の添加
量と屈折率との相関を予め把握しておき、所望の光導波
路のコア部１とクラッド部２との屈折率差となるように
金属の添加量を決定すればよい。例えば、光導波路のコ
ア部１とクラッド部２との屈折率差の典型的な値は約0.
3〜0.7％であるが、シロキサン系ポリマに金属としてＴ
ｉを添加する場合には、コア部１に添加するＴｉの添加
量は、クラッド部２に対して２〜５ｗｔ％程度にすれば
よい。また、コア部１を形成するシロキサン系ポリマと
クラッド部２を形成するシロキサン系ポリマとは、異な
る組成で異なる屈折率およびその変化を示すものを組み
合わせて用いてもよい。Specifically, both the core part 1 and the clad part 2 are formed of a siloxane-based polymer containing no metal.
The core portion 1 is formed of a metal-containing siloxane-based polymer, and the clad portion 2 is formed of a metal-free siloxane-based polymer.
Both the core 1 and the clad 2 may be formed of a metal-containing siloxane-based polymer, and a combination of increasing the metal content in the core 1 may be used. At this time, the amount of metal to be added to the core 1 is determined in advance by ascertaining the correlation between the amount of addition of metal and the refractive index of the clad 2 beforehand. What is necessary is just to determine the addition amount of a metal so that it may become the refractive index difference. For example, a typical value of the refractive index difference between the core 1 and the cladding 2 of the optical waveguide is about 0.
3 to 0.7%, but T as a metal in the siloxane-based polymer
When i is added, the amount of Ti added to the core 1 may be about 2 to 5 wt% with respect to the clad 2. The siloxane-based polymer forming the core portion 1 and the siloxane-based polymer forming the clad portion 2 may be used in combination with different compositions having different refractive indexes and different changes.
【００２１】そして、このようなシロキサン系ポリマ膜
形成後の加熱により屈折率が小さくなる変化は不可逆的
な反応であるため、光回路を形成した後に光導波路の一
部を局所的に加熱することによって光回路の光学特性の
調整が可能である。Since the change in the refractive index due to heating after the formation of the siloxane-based polymer film is an irreversible reaction, it is necessary to locally heat a part of the optical waveguide after forming the optical circuit. Thus, the optical characteristics of the optical circuit can be adjusted.
【００２２】このような局所的な加熱部としては、光回
路の光学特性調整するために光導波路の伝搬定数を変化
させたい部分を選択して設定するものであり、例えば、
方向性結合器型の光カプラであれば、方向性結合器の結
合係数を変化させて結合比を調整するため２本の光導波
路のコア部が近接した光結合部を加熱する。また、分岐
部と合部との間に複数の光路を有しているマッハツェン
ダ型光回路や光時分割多重化回路等は、それぞれの光路
長差を調整するために、複数の光路の１つずつを加熱す
る。As such a local heating section, a section where the propagation constant of the optical waveguide is desired to be changed in order to adjust the optical characteristics of the optical circuit is selected and set.
In the case of a directional coupler type optical coupler, the core portion of two optical waveguides heats an optical coupling portion in close proximity to adjust the coupling ratio by changing the coupling coefficient of the directional coupler. In addition, a Mach-Zehnder type optical circuit or an optical time division multiplexing circuit having a plurality of optical paths between the branching part and the joining part is provided with one of a plurality of optical paths in order to adjust each optical path length difference. Heat each.
【００２３】光回路を構成する光導波路の所望の一部分
を局所的に加熱するには、所望の領域を必要な温度に加
熱することができる加熱源であればこれを用いて行なう
ことができ、種々の光源あるいは熱源を用いることがで
きる。例えば、集光したハロゲンランプや赤外線レーザ
・可視光によるスポット加熱や、加熱部の大きさに合わ
せた薄膜ヒータ等による加熱を採用することができる。
例えば、図１に示した例の場合は、熱光学効果によって
生じる位相変化によりスイッチングを行なうものであ
り、マッハツエンダ型光回路のアーム部に熱光学効果に
よる位相変化を得るための薄膜ヒータ３が形成してある
が、光回路の特性を調整するために局所的に加熱する部
分としては、２本のアーム部のどちらか一方のコア部１
およびその周囲のクラッド部２が相当する。熱光学効果
を利用したスイッチングの場合には熱光学効果を得るた
めの薄膜ヒータ３が形成されているので、その薄膜ヒー
タ３を利用して薄膜ヒータ３が形成された領域を局所的
に加熱して光回路の特性を調整することができる。図１
に示す例において光回路の特性を調整するために局所的
に加熱する方法として薄膜ヒータ３を利用する場合に
は、どちらか一方の薄膜ヒータ３に通電して成膜時の温
度よりも高い温度で加熱することによって、薄膜ヒータ
３の下部に位置するコア部１およびその周囲のクラッド
部２を加熱する。これにより、屈折率および伝搬定数を
変化させて２つのアームの光路長差（位相差）を調整す
ることができて、マッハツェンダ型光回路の特性を調整
することができる。In order to locally heat a desired portion of an optical waveguide constituting an optical circuit, a heating source which can heat a desired region to a required temperature can be used. Various light sources or heat sources can be used. For example, spot heating using a condensed halogen lamp, an infrared laser, or visible light, or heating using a thin film heater or the like according to the size of a heating unit can be employed.
For example, in the case of the example shown in FIG. 1, switching is performed by a phase change caused by the thermo-optic effect, and a thin film heater 3 for obtaining a phase change by the thermo-optic effect is formed in the arm of the Mach-Zehnder type optical circuit. However, as a portion to be locally heated in order to adjust the characteristics of the optical circuit, one of the core portions 1 of the two arm portions is used.
And its surrounding cladding 2. In the case of switching using the thermo-optic effect, since the thin-film heater 3 for obtaining the thermo-optic effect is formed, the region where the thin-film heater 3 is formed is locally heated using the thin-film heater 3. Thus, the characteristics of the optical circuit can be adjusted. FIG.
When the thin-film heater 3 is used as a method of locally heating to adjust the characteristics of the optical circuit in the example shown in (1), one of the thin-film heaters 3 is energized to a temperature higher than the temperature at the time of film formation. By heating the core portion 1 located under the thin film heater 3 and the cladding portion 2 surrounding the core portion 1, the heating is performed. Thus, the optical path length difference (phase difference) between the two arms can be adjusted by changing the refractive index and the propagation constant, and the characteristics of the Mach-Zehnder optical circuit can be adjusted.
【００２４】そして、加熱温度の制御は、例えば赤外線
レーザ光を利用する場合であれば、その赤外線レーザ光
のパワーと照射時間とによって行なうことができる。ま
た、薄膜ヒータの場合には、印加電力と印加時間によっ
て制御できる。In the case where infrared laser light is used, for example, the heating temperature can be controlled by the power of the infrared laser light and the irradiation time. In the case of a thin film heater, it can be controlled by the applied power and the applied time.
【００２５】なお、光回路の一部分を必要な温度に加熱
するための加熱量は、実際に光回路に光を伝搬させて光
信号の透過特性等をモニタしながら加熱し、加熱後に温
度が下がり定常状態に戻った状態で所望の光学特性とな
るように調節しながら与えればよい。The amount of heating for heating a part of the optical circuit to a required temperature is performed by actually transmitting light to the optical circuit and monitoring the transmission characteristics and the like of an optical signal. What is necessary is just to give it while adjusting it so that desired optical characteristics may be obtained in the state after returning to the steady state.
【００２６】図１においてスイッチングの際に熱光学効
果による位相変化を得るために光導波路を局所的に加熱
する薄膜ヒータ３としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ａｕ、
Ａｇ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属抵抗体を用いるこ
とができる。スパッタリング法、ＣＶＤ法等によりこれ
らの金属抵抗体膜を形成した後、周知の薄膜微細加工技
術を利用して、所望の形状・寸法の薄膜ヒータ３を形成
すればよい。In FIG. 1, the thin film heater 3 for locally heating the optical waveguide in order to obtain a phase change due to the thermo-optic effect at the time of switching includes Al, Cu, Ta, Au,
A metal resistor such as Ag, W, Ti, Cr, or Ni can be used. After these metal resistor films are formed by a sputtering method, a CVD method, or the like, the thin film heater 3 having a desired shape and dimensions may be formed by using a well-known thin film processing technique.
【００２７】なお、ここでは熱光学効果を利用した光ス
イッチを例に示したため、薄膜ヒータ３を形成した例を
示したが、この例の他にも、マッハツェンダ型光回路の
位相制御部としては他の位相制御機能を有した材料や素
子、例えば非線形効果を有した半導体や有機材料等を用
いた非線形光導波路素子等であってもよく、光回路の特
性を調整するための局所的な加熱部について前述の他の
加熱方法を用いてもよい。Here, since the optical switch utilizing the thermo-optic effect is shown as an example, the example in which the thin film heater 3 is formed is shown. However, in addition to this example, the phase control unit of the Mach-Zehnder type optical circuit is also used. A material or an element having another phase control function, for example, a nonlinear optical waveguide element using a semiconductor or an organic material having a non-linear effect may be used, and local heating for adjusting characteristics of an optical circuit may be performed. Other heating methods described above for the part may be used.
【００２８】[0028]
【実施例】次に、本発明の光回路について具体例を説明
する。Next, specific examples of the optical circuit of the present invention will be described.
【００２９】〔例１〕本発明による効果を調べるため、
図１に示したマッハツェンダ型光スイッチを作製した。Example 1 In order to investigate the effect of the present invention,
The Mach-Zehnder optical switch shown in FIG. 1 was manufactured.
【００３０】まず、シリコン基板上に、クラッド部２が
シロキサン系ポリマ、コア部１がチタン含有シロキサン
系ポリマから成るステップインデックス型光導波路を具
備した、図１と同様な構成のマッハツェンダ型スイッチ
を形成した。このときコア部１およびクラッド部２の屈
折率をそれぞれ1.444および1.440として、コア部１の幅
を８μｍ、高さを８μｍとし、コア部１の上面とその上
に形成されたクラッド部２の上面との間のクラッド部２
の厚さを12μｍとした。また、基板とコア部１との間の
クラッド部２の厚さも12μｍとした。また、２つのアー
ムの直線部を５ｍｍ、アーム間の距離を250μｍとし
た。First, a Mach-Zehnder type switch having the same configuration as that of FIG. 1 is formed on a silicon substrate, having a step index type optical waveguide in which a cladding part 2 is composed of a siloxane-based polymer and a core part 1 is composed of a titanium-containing siloxane-based polymer. did. At this time, the refractive indices of the core 1 and the cladding 2 are 1.444 and 1.440, respectively, the width of the core 1 is 8 μm, the height is 8 μm, and the upper surface of the core 1 and the upper surface of the cladding 2 formed thereon are formed. Clad part 2 between
Was 12 μm in thickness. The thickness of the cladding 2 between the substrate and the core 1 was also 12 μm. The linear portion of the two arms was 5 mm, and the distance between the arms was 250 μm.
【００３１】次に、この光導波路の上面にタングステン
薄膜をスパッタリング法により形成した後、フォトリソ
グラフィおよびエッチングを行ない、２つのアームのそ
れぞれ直線部のコア部１上のクラッド部２表面上に、、
図１に示すようにタングステンからなる幅30μｍ、長さ
２ｍｍの薄膜ヒータ（スイッチングを行なう際に熱光学
効果を得るためのヒータ）３を形成した。ここで、薄膜
ヒータ３の右端とアームの直線部の右端との距離が２ｍ
ｍとなるようにした。Next, after a tungsten thin film is formed on the upper surface of the optical waveguide by a sputtering method, photolithography and etching are performed, and on the surface of the cladding portion 2 on the core portion 1 of the linear portion of each of the two arms,
As shown in FIG. 1, a thin film heater 3 (a heater for obtaining a thermo-optical effect when performing switching) 3 made of tungsten and having a width of 30 μm and a length of 2 mm was formed. Here, the distance between the right end of the thin film heater 3 and the right end of the linear portion of the arm is 2 m.
m.
【００３２】このようにして作製したマッハツェンダ型
光スイッチの入力側ポートの図１における上側のポート
にＬＤ（レーザダイオード）光を入射し、出力側ポート
の図１における上側のポートから出力される出射光強度
（through光）をモニタしながらマッハツェンダ型光回
路の図１における上側のアームに形成した薄膜ヒータ３
に通電して、光スイッチング特性を評価した。LD (laser diode) light enters the upper port in FIG. 1 of the input port of the Mach-Zehnder type optical switch manufactured in this way, and the output port is output from the upper port in FIG. 1 of the output port. The thin film heater 3 formed on the upper arm in FIG. 1 of the Mach-Zehnder optical circuit while monitoring the emitted light intensity (through light)
And the optical switching characteristics were evaluated.
【００３３】この結果、作製したマッハツェンダ型光ス
イッチは、図２の線図中に細線で示した特性曲線で表さ
れたスイッチング特性を示し、約1.5ｍＷ分の初期位相
オフセットが生じていた。なお、図２において横軸は薄
膜ヒータ３の駆動電力（単位：ｍＷ）を、縦軸はモニタ
した上側のポートからの出力光パワー（単位：ｄＢｍ）
を表わす。As a result, the produced Mach-Zehnder type optical switch exhibited the switching characteristic represented by the characteristic curve shown by the thin line in the diagram of FIG. 2, and had an initial phase offset of about 1.5 mW. In FIG. 2, the horizontal axis represents the driving power (unit: mW) of the thin film heater 3, and the vertical axis represents the output light power (unit: dBm) from the upper port monitored.
Represents
【００３４】次に、薄膜ヒータ３に通電しない状態でth
rough光強度をモニタしながら、約100μｍ径に集光した
ＹＡＧレーザ光をマッハツェンダ型光回路の上側のアー
ム部の直線部上の薄膜ヒータ３の右端から右に１ｍｍ〜
1.5ｍｍの間を走査しつつ照射してその部分のコア部１
およびその周囲のクラッド部２を局所的に加熱した後、
ＹＡＧレーザ光の照射を止め、十分冷却された状態での
光強度を測定し、これを繰り返してthrough光強度が最
も小さな値となるようにした。このようにして、マッハ
ツェンダ型光回路の初期位相オフセットが０になるよう
に調整した。調整後のマッハツェンダ型光回路のthroug
h光のスイッチング特性を図２の線図中に太線で示す。
これにより、マッハツェンダ型光回路の初期位相オフセ
ットが補償されたことが分かる。また、この局所加熱部
についてコア部１とその周囲のクラッド部２とを観察し
たところ、屈折率変化に伴う若干のコントラストの生成
によって局所加熱部領域の存在が確認できた。Next, when no current is supplied to the thin film heater 3, th
While monitoring the rough light intensity, the YAG laser light condensed to a diameter of about 100 μm is shifted 1 mm to the right from the right end of the thin film heater 3 on the straight portion of the upper arm of the Mach-Zehnder type optical circuit.
Irradiate while scanning between 1.5mm core part 1
And after locally heating the surrounding cladding 2,
The irradiation of the YAG laser beam was stopped, the light intensity in a sufficiently cooled state was measured, and this was repeated so that the through light intensity became the smallest value. Thus, the initial phase offset of the Mach-Zehnder optical circuit was adjusted to be zero. Throug of Mach-Zehnder optical circuit after adjustment
The switching characteristics of the h light are shown by the thick line in the diagram of FIG.
This shows that the initial phase offset of the Mach-Zehnder optical circuit has been compensated. When the core 1 and the surrounding clad 2 were observed with respect to this locally heated portion, the existence of the locally heated region was confirmed by the generation of a slight contrast accompanying the change in the refractive index.
【００３５】以上のように、本発明の光回路によれば、
基板上に形成されたシロキサン系ポリマから成る光導波
路の一部を加熱して、その部分のコア部とその周囲のク
ラッド部の屈折率を小さくなるように変化させ、両者の
屈折率差をその加熱部に隣接する部分における屈折率差
よりも小さくすることによって、光回路作製時の加工寸
法の誤差等に伴う光回路の特性のずれを補償した光回路
を作製することができることが確認できた。As described above, according to the optical circuit of the present invention,
A part of the optical waveguide made of a siloxane-based polymer formed on the substrate is heated to change the refractive index of the core part and the surrounding clad part of the optical waveguide so as to be small, and the difference in the refractive index between the two is reduced. By making the refractive index difference smaller than the portion adjacent to the heating unit, it was confirmed that an optical circuit that compensated for the deviation of the characteristics of the optical circuit due to an error in the processing dimension at the time of manufacturing the optical circuit could be manufactured. .
【００３６】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、本発明は
マッハツェンダ型光スイッチだけではなく、方向性結合
器型の光カプラやマッハツェンダ型光スイッチ・導波路
型回折格子（ＡＷＧ）・光時分割多重化回路等にも適用
できる。It should be noted that the above is only an example of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiment. Various modifications and improvements can be made without departing from the gist of the present invention. No problem. For example, the present invention can be applied not only to a Mach-Zehnder type optical switch but also to a directional coupler type optical coupler, a Mach-Zehnder type optical switch, a waveguide type diffraction grating (AWG), an optical time division multiplexing circuit, and the like.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上のように、本発明の光回路によれ
ば、基板上に形成された光回路を構成するシロキサン系
ポリマから成る光導波路のコア部の一部およびその周囲
のクラッド部を局所的に加熱してこの加熱部におけるコ
ア部およびクラッド部の屈折率を変化させ、両者の屈折
率差を変化させてこの加熱部に隣接する部分における屈
折率差より小さくしてあることから、この加熱部によっ
て光導波路の伝搬定数を所望の値に調節することがで
き、光回路作製時における光導波路の加工寸法の誤差等
に伴う光回路の特性のずれをこの加熱部によって補償し
て、所望通りの良好な光学特性を有する光回路を作製す
ることができる。As described above, according to the optical circuit of the present invention, a part of the core of the optical waveguide made of a siloxane-based polymer constituting the optical circuit formed on the substrate and the surrounding clad are formed. Since heating locally changes the refractive index of the core portion and the cladding portion in this heating portion, and changes the refractive index difference between the two to make it smaller than the refractive index difference in the portion adjacent to this heating portion, By this heating unit, the propagation constant of the optical waveguide can be adjusted to a desired value, and the deviation of the characteristics of the optical circuit due to an error in the processing dimensions of the optical waveguide at the time of manufacturing the optical circuit is compensated by the heating unit. An optical circuit having desired good optical characteristics can be manufactured.
【図１】本発明の光回路の実施の形態の一例としてのマ
ッハツェンダ型光回路を示す上面図である。FIG. 1 is a top view showing a Mach-Zehnder type optical circuit as an example of an embodiment of an optical circuit of the present invention.
【図２】本発明の実施例のマッハツェンダ型光回路のス
イッチング特性を示す線図である。FIG. 2 is a diagram illustrating switching characteristics of a Mach-Zehnder type optical circuit according to an example of the present invention.
【図３】マッハツェンダ型光回路のスイッチング特性を
示す線図である。FIG. 3 is a diagram showing switching characteristics of a Mach-Zehnder type optical circuit.
１・・・光導波路のコア部 ２・・・光導波路のクラッド部 ３・・・薄膜ヒータ（スイッチングの際の熱光学効果に
よる位相変化を得るため、および光回路の特性改善調整
のための加熱部）DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Core part of optical waveguide 2 ... Clad part of optical waveguide 3 ... Thin film heater (heating for obtaining a phase change due to thermo-optic effect at the time of switching and for adjusting and improving the characteristics of an optical circuit) Part)
Claims (2)
から成る光導波路を具備し、該光導波路は、その形成後
にコア部の一部およびその周囲のクラッド部を局所的に
加熱して、該加熱部における前記コア部と前記クラッド
部との屈折率差を前記加熱部に隣接する部分におけるコ
ア部とクラッド部との屈折率差より小さくしてあること
を特徴とする光回路。An optical waveguide comprising a siloxane-based polymer formed on a substrate, wherein the optical waveguide locally heats a part of a core part and a clad part around the core part after the optical waveguide is formed. An optical circuit, wherein the difference in the refractive index between the core and the cladding in the heating section is smaller than the difference in the refractive index between the core and the cladding in the portion adjacent to the heating.
属が添加されており、その添加量がクラッド部よりも多
いことを特徴とする請求項１記載の光回路。2. The optical circuit according to claim 1, wherein the optical waveguide has a metal added to at least a core portion, and the added amount is larger than that of the clad portion.
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- 2000-05-29 JP JP2000159046A patent/JP2001337235A/en active Pending
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