JPH0784226A - Polymer heat optics device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ポリマー光学導波体及
び加熱要素を含むポリマー熱光学デバイスに関し、ここ
でポリマー導波体は、ガイディング層(guiding layer)
の屈折率より低い屈折率を持つ二つの層［クラッディン
グ層(cladding layer)］間に挟まれたポリマーのガイデ
ィング層［コア層(core layer)］を含む積層構造を持
つ。FIELD OF THE INVENTION This invention relates to polymer thermo-optical devices including polymer optical waveguides and heating elements, wherein the polymer waveguides are guiding layers.
It has a laminated structure including a polymer guiding layer [core layer] sandwiched between two layers having a refractive index lower than that of [cladding layer].
【０００２】[0002]
【従来の技術】熱光学デバイスは、例えば「ディーミア
ー(Diemeer) ら著、ジャーナル オブライトウエーブ
テクノロジー(Journal of Lightwave Technology) 、第
７巻、第３号、第４４９〜４５３頁、１９８９年」から
公知である。一般に、これらの研究は、温度依存性屈折
率（分極独立性熱光学効果）を示す、用いた光学導波体
物質の現象に基づいている。そのようなデバイスは、な
かんずく、無機物質例えばイオン交換されたガラス及び
チタン添加したリチウムニオベートにおいて実現され
た。また、熱光学デバイスのための全てポリマーの導波
体の使用が開示されており、ディーミアーらにより述べ
られたその利点は、温度の適度な増加が屈折率の大きな
変化をもたらし得るということである。ディーミアーに
より述べられたデバイスは、全てポリマーの平面スイッ
チである。スイッチングは、熱的に誘導されたインデッ
クスバリアーからの全内部反射を利用することにより達
成される。デバイスは、基板（ＰＭＭＡ）、ガイディン
グ層（ポリウレタンワニス）、及びバッファー層（ＰＭ
ＭＡ）を含み、ここで加熱要素は機械的マスクを通して
バッファー層上に蒸着された銀のストリップヒーターで
ある。示された典型的なスイッチング速度は、偏向状態
（オンの状態）から透過状態（オフの状態）までの変化
のために１２ミリ秒(ms)であり、そして透過から偏向ま
での変化のために６０ミリ秒である。2. Description of the Related Art Thermo-optic devices are described, for example, in "Diemeer et al., Journal of Lightwaves".
Technology (Journal of Lightwave Technology), Vol. 7, No. 3, pp. 449-453, 1989 ". In general, these studies are based on the phenomenon of the optical waveguide material used, which exhibits a temperature-dependent refractive index (polarization-independent thermo-optic effect). Such devices have been realized, inter alia, in inorganic materials such as ion-exchanged glass and titanium-doped lithium niobate. Also disclosed is the use of all-polymer waveguides for thermo-optic devices, the advantage of which is mentioned by Dimmier et al., That a modest increase in temperature can lead to large changes in refractive index. . The device described by Dimir is an all-polymer planar switch. Switching is achieved by utilizing total internal reflection from a thermally induced index barrier. The device consists of a substrate (PMMA), a guiding layer (polyurethane varnish), and a buffer layer (PM).
MA), where the heating element is a silver strip heater deposited on the buffer layer through a mechanical mask. The typical switching speed shown is 12 milliseconds (ms) for the change from the deflection state (on state) to the transmission state (off state), and for the transmission to deflection change. 60 milliseconds.
【０００３】また熱光学スイッチングデバイスは、「モ
ールマン(Mohlmann)ら著、エスピーアイイー 第１５６
０巻 ノンリニアー オプティカル プロパティーズ
オブオーガニック マテリアルズ IV(SPIE Vol.1560 N
onlinear Optical Properties of Organic Materials I
V)、第４２６〜４３３頁、１９９１年」に開示されてい
る。ポリマー中で導波体チャンネルが照射により作り出
され得るポリマーが使用される。開示されたデバイス
は、非対称のＹ接続を含む分極／波長に無感応のポリマ
ースイッチである。スイッチング特性は、そのような非
対称のＹ接続において、モード展開における変化を引き
起こす熱誘導された屈折率変調に基づく。デバイスはガ
ラス基板、及びＮＬＯポリマーを含むポリマーの多層を
含む。多層構造は、詳細には示されていない。開示され
たスイッチング時間はミリ秒のオーダーである。開示
は、比較的ゆっくりとしたスイッチングが許容される回
路網のそれらの位置において魅力的であるデバイスに言
及している。他の開示された熱光学デバイスは、熱光学
的にバイアスされた電気光学マッハツェンダー(MachZeh
nder)干渉計である。A thermo-optical switching device is also described in "Mohlmann et al., SPIE No. 156".
Volume 0 Nonlinear Optical Properties
Of Organic Materials IV (SPIE Vol.1560 N
onlinear Optical Properties of Organic Materials I
V), pp. 426-433, 1991 ". A polymer is used in which the waveguide channels can be created by irradiation in the polymer. The disclosed device is a polarization / wavelength insensitive polymer switch that includes an asymmetric Y-connection. The switching properties are based on heat-induced index modulation that causes a change in mode expansion in such asymmetric Y-connections. The device includes a glass substrate and multiple layers of polymers including NLO polymers. The multilayer structure is not shown in detail. The switching times disclosed are on the order of milliseconds. The disclosure refers to devices that are attractive at those locations in the network where relatively slow switching is allowed. Other disclosed thermo-optic devices are electro-optically biased electro-optic Mach Zehnders.
nder) Interferometer.
【０００４】ポリマー光学導波体フィルム中での局所的
屈折率変化により生じた光ビーム偏向は、「山田及び黒
川著、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド
フィジックス(Japanese Journal of Applied Physics)
、第２１巻、第１２号、第１７４６〜１７４９頁、１
９８２年」に開示された。誘電損加熱により温度を上げ
るためにポリマー導波体フィルムに無線周波数(RF)電圧
を加えることが開示されている。この加熱により生じた
局所的屈折率変化は、入射光ビームがフィルム面で偏向
されることをもたらす。開示された典型的な偏向速度は
１５０〜２００ミリ秒である。The light beam deflection caused by the local refractive index change in the polymer optical waveguide film is described in "Yamada and Kurokawa, Japanese Journal of Applied".
Physics (Japanese Journal of Applied Physics)
, Vol. 21, No. 12, pp. 1746-1749, 1
982 ”. It has been disclosed to apply a radio frequency (RF) voltage to a polymer waveguide film to raise the temperature by dielectric loss heating. The local refractive index change caused by this heating causes the incident light beam to be deflected in the film plane. Typical deflection rates disclosed are 150-200 milliseconds.
【０００５】「エレクトロニック レターズ(Electroni
c Letters)、第２４巻、第８号、第４５７〜４５８頁、
１９８８年」中に、光ファイバーが、結合領域の上に備
えられたシリコーン樹脂のクラッデッイング物質を持つ
単一モードのヒューズされた(fused) 結合器を使用する
ことにより結合されている光学スイッチが開示されてい
る。スイッチングは、シリコーンクラッデッイングの熱
的に誘導された屈折率変化により達成される。開示され
た典型的なスイッチング時間は、オンの状態に達するた
めに５ミリ秒であり、そしてオフの状態に達するために
８０ミリ秒である。[Electronic Letters (Electroni
c Letters), Vol. 24, No. 8, pp. 457-458,
In 1988, an optical switch in which an optical fiber was coupled by using a single mode fused coupler with a silicone resin cladding material provided on the coupling region. It is disclosed. Switching is accomplished by a thermally induced refractive index change in the silicone cladding. A typical switching time disclosed is 5 ms to reach the on state and 80 ms to reach the off state.
【０００６】米国特許第４，７５３，５０５号明細書中
に、温度依存性屈折率を持つ物質がポリマー又はガラス
である積層導波体を含む熱光学スイッチが開示されてい
る。導波体は、コア層の屈折率より低い屈折率を持つ二
つのクラッディング層の間に挟まれたコア層の慣用の構
造を持つ。US Pat. No. 4,753,505 discloses a thermo-optical switch including a laminated waveguide in which a substance having a temperature-dependent refractive index is a polymer or glass. The waveguide has the conventional structure of a core layer sandwiched between two cladding layers having a refractive index lower than that of the core layer.
【０００７】製造プロセスの間の構造パラメーターの変
動の理由から方向性結合器中に生ずる波長シフトを修正
するために熱光学効果を採用することは欧州特許第３０
６，９５６号公報から公知である。この目的で、コア導
波体及びクラッディングが低屈折率層の上に連続的に積
み重ねられている積層導波体構造が提供され、ここでク
ラッディングは薄いフィルム状加熱器を備えている。Employing the thermo-optic effect to correct the wavelength shift that occurs in directional couplers due to variations in structural parameters during the manufacturing process is described in EP 30.
It is known from the 6,956 publication. To this end, a laminated waveguide structure is provided in which a core waveguide and a cladding are successively stacked on a low index layer, where the cladding comprises a thin film heater.
【０００８】ハイブリッド積層導波体構造は、「ロンデ
エレクトリック(L'Onde Electrique) 、第７１巻、第
４号、第８７頁、１９９１年７月」から公知である。導
波体は、電気光学変調のために使用され、そして三つの
側においてポリマークラッディング（純粋のＰＭＭＡ）
により囲まれ、かつその中において、より低部のクラッ
ディング層はガラス上のシリコーンであるところのポリ
マーのコア（ドープされたＰＭＭＡ）を含む。コア層が
低屈折率を持つリボンとして導波体チャンネルを備えら
れている慣用の対称の積層導波体構造は、欧州特許第４
４２，７７９号公報から公知である。重なる層が基板、
低屈折率層及びクラッディング層である積層導波体構造
は、欧州特許第２８１，８００号公報から公知である。
クラッディング層中に、周囲の物質より高い屈折率を持
つコア（チャンネル）が備えられている。Hybrid laminated waveguide structures are known from "L'Onde Electrique, Vol. 71, No. 4, page 87, July 1991". Waveguides are used for electro-optic modulation, and polymer cladding (pure PMMA) on three sides
Surrounded by, and within, the lower cladding layer comprises a polymeric core (doped PMMA) that is silicone on glass. A conventional symmetrical laminated waveguide structure, in which the core layer is provided with waveguide channels as ribbons with a low refractive index, is described in EP 4
It is known from JP 42,779. The overlapping layer is the substrate,
A laminated waveguide structure which is a low refractive index layer and a cladding layer is known from EP 281,800.
A core (channel) having a higher refractive index than the surrounding material is provided in the cladding layer.
【０００９】開示されたポリマー熱光学デバイスは、熱
光学効果が例えばスイッチングを達成するために採用さ
れ得ることを十分に確立するとはいえ、公知のデバイス
は実用のためにはあまりにゆっくり過ぎる。特に、商業
的に実行し得る熱光学デバイスが得られるべきであるな
ら、スイッチング電力及び応答時間を更に減少する必要
性がある。Although the disclosed polymeric thermo-optic devices fully establish that thermo-optic effects can be employed to achieve eg switching, the known devices are too slow for practical use. There is a need to further reduce switching power and response time, especially if a commercially viable thermo-optic device should be obtained.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、スイッチン
グ電力及び応答時間を更に減少した商業的に使用し得る
熱光学デバイスを提供する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a commercially available thermo-optical device with further reduced switching power and response time.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】この目的で、本発明は、
「産業上の利用分野」に記載したタイプのポリマー熱光
学デバイスにおいて、加熱要素に隣接するクラッディン
グ層が、他のクラッディング層より低い屈折率を持つこ
とより成る。To this end, the present invention provides:
In a polymer thermo-optic device of the type described in "Industrial Application", the cladding layer adjacent to the heating element comprises having a lower refractive index than the other cladding layers.
【００１２】本発明に従うデバイスは、例えば以下に示
すように作られ得る。ポリマー導波体の下部に支持物例
えばガラス又はシリコン基板がある。基板上に、下記の
連続層が確認され得る。即ち、ガラスであることができ
るが、好ましくはポリマーである低部クラッディング
層、ポリマーのコア層（ガイディング層）、及び好まし
くはまたポリマーであるが他の物質例えばガラスで作ら
れ得る上部クラッディング層である。ポリマーのコア層
は事実上の導波体層であり、二つのクラッディング層は
コア層の屈折率より低い屈折率を持っている。上部クラ
ッディングの上に加熱要素が据えられている。今本発明
に従う構造は、例えば上部クラッディングが低部クラッ
ディングより低い屈折率を持つことである。コアと上部
クラッディングとの間の高められた屈折率（ＲＩ）コン
トラストによって、上部クラッディングは通常より薄く
作られることができ、そして積層導波体の全体の厚みは
更にさえ減少され得る。このことはいくつかの利点を有
する。例えば、加熱要素により誘導される温度上昇に対
する熱光学デバイスの応答時間は、対称的熱光学デバイ
スの応答時間より短い。加熱要素とコア層の間のより短
い距離によって、コア層はより高い温度を受け、そして
所望の屈折率変化がより早い速度で生ずるであろう。ま
た、より薄い全体構造の減じられた熱容量がより早い冷
却と加熱の速度をもたらす。それだから本発明はコアの
屈折率のより早い変化を可能にする。加熱要素とコアの
間のより短い距離に関係付けられる更なる利点は、加熱
される区域の位置のより良い制御が達成されることであ
る（加熱されるべきではない区域への熱の散逸は実質的
に減少されることができ、それは熱光学デバイスの機能
の直接的改善を意味する）。A device according to the present invention can be made, for example, as shown below. Below the polymer waveguide is a support such as a glass or silicon substrate. The following continuous layers can be seen on the substrate. That is, the lower cladding layer, which can be glass, but is preferably a polymer, the core layer of the polymer (the guiding layer), and preferably the upper cladding, which is also polymeric but can be made of other materials such as glass. It is the Ding layer. The polymer core layer is effectively the waveguide layer and the two cladding layers have a lower refractive index than the core layer. A heating element is mounted above the upper cladding. The structure according to the invention now is, for example, that the upper cladding has a lower refractive index than the lower cladding. Due to the increased index of refraction (RI) contrast between the core and the upper cladding, the upper cladding can be made thinner than usual, and the overall thickness of the laminated waveguide can even be reduced. This has several advantages. For example, the response time of a thermo-optic device to a temperature rise induced by a heating element is shorter than the response time of a symmetrical thermo-optic device. Due to the shorter distance between the heating element and the core layer, the core layer will experience higher temperatures and the desired index change will occur at a faster rate. Also, the reduced heat capacity of the thinner overall structure results in faster cooling and heating rates. Therefore, the present invention allows for faster changes in the refractive index of the core. A further advantage associated with the shorter distance between the heating element and the core is that better control of the position of the heated zone is achieved (the dissipation of heat to areas that should not be heated is Can be substantially reduced, which means a direct improvement in the functionality of the thermo-optic device).
【００１３】全てポリマーの導波体構造の特に好ましい
実施態様において、低部クラッディング層は二つの更な
る層から作られており、これらのうちの低部の層（即
ち、基板に隣接する層）は、他の層（即ち、コア層に隣
接する層）より低い屈折率を持つ薄層（例えば約３μ
ｍ）である。この追加の低屈折率層は、伝搬光が基板中
へ輻射することを妨げるという利点を持っている。従っ
て、実際の導波体構造は、基板から「光学的に絶縁」さ
れている。もし、基板がその屈折率のためよりむしろそ
の熱散逸特性のために選ばれたものであるなら、このこ
とは特に重要である。例えばシリコンは優れたヒートシ
ンクであるが、導波体を形成する層より高い屈折率を持
っている。シリコン基板中への伝搬光の輻射は妨げるこ
とができない。このことは光の損失をもたらし得るが、
とりわけそれは、どの部分の光が積層導波体を通って実
際に伝搬するかを正確に決定することを困難にする。追
加の低屈折率層は、全ての光が導波体を通って伝搬する
であろうという確実性を提供する。このことは、積層導
波体を設計することをかなり容易にする。熱プロフィー
ルに影響を及ぼさないために、追加の低屈折率層の存在
において、積層導波体の全体厚みが影響されないことは
好ましい。無機物質よりむしろポリマー状物質が選ばれ
ることによって、このことは簡単な方法で実現され得
る。In a particularly preferred embodiment of the all-polymer waveguide structure, the lower cladding layer is made up of two additional layers, of which the lower layer (ie the layer adjacent to the substrate). ) Is a thin layer (eg, about 3 μm) having a lower refractive index than the other layers (ie, layers adjacent to the core layer).
m). This additional low refractive index layer has the advantage of preventing propagating light from radiating into the substrate. Therefore, the actual waveguide structure is "optically isolated" from the substrate. This is especially important if the substrate was chosen for its heat dissipation properties rather than for its refractive index. Silicon, for example, is a good heat sink, but has a higher index of refraction than the layers that form the waveguide. Radiation of propagating light into the silicon substrate cannot be prevented. This can result in light loss,
Among other things, it makes it difficult to determine exactly which part of the light actually propagates through the laminated waveguide. The additional low index layer provides the assurance that all light will propagate through the waveguide. This makes it much easier to design a laminated waveguide. In order to not affect the thermal profile, it is preferred that the presence of the additional low refractive index layer does not affect the overall thickness of the laminated waveguide. This can be achieved in a simple manner by choosing a polymeric material rather than an inorganic material.
【００１４】本発明に従うデバイスは、種々の種類の光
通信回路網において有利に使用され得る。通常、熱光学
部品は、光学部品例えば光源（レーザーダイオード）又
は検出器と直接に結合されるか、あるいはそれらは入力
及び出力光ファイバー（通常はグラスファイバー）に結
合されるであろう。特に重要なことは、公知の標準単一
モードファイバー（ＳＳＭＦ）と効率的な結合を達成す
ることである。そのような効率的な結合を達成するため
に、種々の変形（例えば先細にすること）がファイバー
になされ得る。しかし、本発明に従うデバイスはそのよ
うな変形をやめることを可能にし、それはプロセスのは
るかに減じられた複雑さ、より低いコスト及びより高い
収量と同時に結合損を低く維持することをもたらす。こ
のことは、ファイバーを通って伝搬する光波のフィール
ドプロフィールに対してデバイスを通って伝搬する光波
のフィールドプロフィールをマッチさせるように、デバ
イスの積層構造、より詳しくは層幅と屈折率コントラス
トを所望の通りに作ることにより達成され得る。The device according to the invention can be advantageously used in various types of optical communication networks. Usually, thermo-optics will be coupled directly to the optics, such as a light source (laser diode) or detector, or they will be coupled to input and output optical fibers (typically glass fibers). Of particular importance is the achievement of efficient coupling with known standard single mode fibers (SSMF). Various modifications (eg, tapering) can be made to the fibers to achieve such efficient coupling. However, the device according to the invention makes it possible to stop such variants, which leads to a much reduced complexity of the process, a lower cost and a higher yield while keeping the coupling loss low. This allows the device stack structure, and more specifically the layer width and index contrast, to be matched to match the field profile of the light wave propagating through the device to that of the light wave propagating through the fiber. It can be achieved by building in the street.
【００１５】ＳＳＭＦが対称構造を持つことは注目され
るべきである。一般に、非対称のコア‐クラッディング
構造を持つ導波体への結合は、ファイバーチップ結合の
ために最適化される対称導波体への結合より高い結合損
をもたらすであろう。しかし、屈折率非対称は、光ファ
イバーへの効率的な結合のために要求されるモードマッ
チに大きく影響を及ぼすことなしに（上で略記したよう
に、熱光学機能化のために有利である）デバイスの全厚
みを減少することを可能にする。追加の結合損は、完全
には避けられないとはいえ、本発明のデバイスにおいて
無視し得る。It should be noted that SSMF has a symmetrical structure. In general, coupling to waveguides with asymmetric core-cladding structures will result in higher coupling losses than coupling to symmetric waveguides optimized for fiber tip coupling. However, the refractive index asymmetry does not significantly affect the mode match required for efficient coupling to optical fibers (which is advantageous for thermo-optic functionalization, as outlined above). Makes it possible to reduce the total thickness of the. The additional coupling loss, although completely unavoidable, is negligible in the device of the invention.
【００１６】クラッディング層及びコア層の屈折率は本
発明の重要な面を形成するけれども、これは主に、屈折
率の絶対値が導波体の種々の層間の屈折率コントラスト
を決定するからである。導波体及びそれにより連結され
た光ファイバーとの間の結合損は、伝搬する光波のフィ
ールドプロフィールに依存し、該プロフィールは屈折率
コントラストと層幅により決定される。フレネル(Fresn
el) 損は、屈折率の絶対値に殆ど直接的に関係してい
る。標準のファイバーが使用される時、それらの損は、
導波モードの実効屈折率（Ｎeff ）が約１．６０未満な
ら無視され得る。技術上周知である術語である実効屈折
率は、なかんずく、導波体の形状及びコアとクラッディ
ングの屈折率に依存し、そして伝搬する波頭により経験
される時の屈折率を示す。Although the indices of refraction of the cladding and core layers form an important aspect of the present invention, this is primarily because the absolute value of the index of refraction determines the index contrast between the various layers of the waveguide. Is. The coupling loss between the waveguide and the optical fiber connected thereby depends on the field profile of the propagating light wave, which is determined by the refractive index contrast and the layer width. Fresn
el) The loss is almost directly related to the absolute value of the refractive index. When standard fibers are used, their loss is
If the effective index of the guided mode (N eff ) is less than about 1.60, it can be ignored. Effective index, a term well known in the art, depends inter alia on the shape of the waveguide and the index of refraction of the core and cladding, and refers to the index of refraction as experienced by the propagating wave front.
【００１７】使用される光学ポリマーの屈折率は通常、
１．４〜１．８、好ましくは１．４５〜１．６０の範囲
内であろう。二つのクラッディング層間の屈折率コント
ラストは種々であり得る。下限は主に、本発明の効果が
達成され得るかどうか、即ち必要とされるスイッチング
電力、又は応答時間、又はその両者において実質的減少
が達成されるかどうかにより決定される。上限は主に、
更なる減少が全体に亘って追加的な効果を有さない及び
／又は結合損があまりに大きくなる点により決定され
る。該屈折率コントラストは主として０．００５〜０．
０５のオーダーであろう。The refractive index of the optical polymer used is usually
It will be in the range of 1.4 to 1.8, preferably 1.45 to 1.60. The refractive index contrast between the two cladding layers can vary. The lower limit is mainly determined by whether the effect of the invention can be achieved, i.e. whether a substantial reduction in the required switching power or the response time or both is achieved. The upper limit is mainly
Further reduction is determined by the fact that it has no additional effect overall and / or the coupling loss becomes too great. The refractive index contrast is mainly 0.005 to 0.
May be 05 orders.
【００１８】もし、低い光学的損を持つことが、減じら
れたスイッチング電力を持つことより極めて重大なら、
より少ない非対称、即ち二つのクラッディング層間の屈
折率コントラストが０．００５〜０．０１のオーダーで
ある導波体構造を提供することが好ましい。とりわけ、
これは、１＊２スイッチのための場合であってよく、こ
の場合にただ一つのスイッチングユニットのために電力
が必要とされ、そして入力及び出力ファイバーでの結合
損がスイッチの有効性に対してパーセントで大きな寄与
をなす。ｎ＊ｍスイッチ（ｎ及びｍは２以上の整数であ
り、該スイッチは単一の入力及び出力光ファイバーを持
つ１＊２及び／又は２＊２スイッチのカスケードを含
む）の場合において、結合損はより重要でない寄与をな
し、そして減じられたスイッチング電力は操作されるべ
きより多数のスイッチングユニットに鑑みてより重要で
ある。そのような場合において、加熱デバイスに隣接す
る可能な限り最も薄いクラッディング層を可能にするよ
うに、高い屈折率コントラスト、即ち０．０３〜０．０
５のオーダーを持つことが好ましい。しかし、殆どの場
合、低い光学的損及び減じられたスイッチング電力の最
適の組み合わせを持つことが所望されるであろう。この
目的で、もし上記の屈折率コントラストが０．０１〜
０．０３の範囲内であるなら最も好ましい。If having low optical loss is more important than having reduced switching power,
It is preferable to provide a waveguide structure with less asymmetry, ie the refractive index contrast between the two cladding layers is of the order of 0.005-0.01. Above all,
This may be the case for 1 * 2 switches, where power is needed for only one switching unit, and coupling loss in the input and output fibers is relative to the effectiveness of the switch. Make a big contribution in percent. In the case of an n * m switch (where n and m are integers greater than or equal to 2 and the switch comprises a cascade of 1 * 2 and / or 2 * 2 switches with a single input and output optical fiber), the coupling loss is It makes a less significant contribution and the reduced switching power is more important in view of the larger number of switching units to be operated. In such a case, a high refractive index contrast, i.e. 0.03-0.0, is allowed to allow the thinnest possible cladding layer adjacent to the heating device.
It is preferred to have an order of 5. However, in most cases it will be desirable to have an optimal combination of low optical loss and reduced switching power. For this purpose, if the above-mentioned refractive index contrast is 0.01 to
Most preferably, it is within the range of 0.03.
【００１９】光学ポリマーは公知であり、そして当業者
は適切な屈折率を持つポリマーを選ぶこと、又は化学的
変性、例えば屈折率に影響を及ぼすモノマー単位を導入
することによってポリマーの屈折率を適合させることが
できる。全てのポリマーが熱光学効果を示すので、基本
的に、使用される波長のために十分な透過性を持つ任意
のポリマーは、導波体部品のコア中に採用され得る。ま
た、該透過性要求はクラッディングにも妥当する。特に
適当な光学ポリマーは、ポリアクリレート、ポリカーボ
ネート、ポリイミド、ポリ尿素を含む。Optical polymers are known and the person skilled in the art adapts the refractive index of the polymer by choosing a polymer with a suitable refractive index or by chemical modification, for example by introducing monomeric units which influence the refractive index. Can be made. Basically, any polymer with sufficient transparency for the wavelengths used can be employed in the core of the waveguide component, since all polymers exhibit thermo-optical effects. The transparency requirements also apply to cladding. Particularly suitable optical polymers include polyacrylates, polycarbonates, polyimides, polyureas.
【００２０】本発明に従うデバイス中に含まれる積層ポ
リマー導波体の設計は通常、熱光学デバイスが光回路網
中に有するその機能に依存する。どのような設計が要求
されようとも、コア層がより低い屈折率を持つ二つの層
間に挟まれている積層（スラブ）導波体構造において、
横方向を規定された導波体チャンネルのパターン、即ち
より低い屈折率を持つ物質に垂直にかつ横に接するコア
層の部分を導入することが、通常要求されるであろう。
導波体は、種々の方法で導波体チャンネルのパターンを
備えられ得る。これを達成するための方法は技術上公知
である。例えば、スラブ導波体の一部を除くことによ
り、例えば湿式の化学的な又は乾式のエッチング技術に
よって、そのようなパターンを導入することができ、そ
してより低い屈折率を持つ物質を用いて、形成されたそ
の欠陥を満たすことができる。あるいは、例えば照射後
に現像され得る感光性物質が使用され得る。ネガ形フォ
トレジストの場合に、感光性物質は照射後に現像剤に抵
抗し、そして照射を受けなかった物質の部分が取り除か
れ得る。ポジ形フォトレジストを使用し、チャンネルを
形成するであろう導波体部分を覆う照射マスクによりチ
ャンネルを規定することが好ましい。次に、照射された
物質は、現像剤を使用することにより除かれ、その後よ
り低い屈折率の物質が施与される。The design of the laminated polymer waveguide contained in the device according to the invention usually depends on its function that the thermo-optical device has in the optical network. Whatever design is required, in a laminated (slab) waveguide structure where the core layer is sandwiched between two layers with a lower refractive index,
It will usually be required to introduce a laterally defined pattern of waveguide channels, ie the part of the core layer that is vertically and laterally in contact with the material having the lower refractive index.
The waveguide may be provided with a pattern of waveguide channels in various ways. Methods to achieve this are known in the art. For example, by removing a portion of the slab waveguide, such patterns can be introduced by, for example, wet chemical or dry etching techniques, and with a material having a lower refractive index, The formed defects can be filled. Alternatively, a photosensitive material can be used, which can be developed, for example, after irradiation. In the case of negative working photoresists, the photosensitive material resists the developer after irradiation and the part of the material which has not been irradiated can be removed. It is preferred to use a positive photoresist and define the channels with an illumination mask that covers the portions of the waveguide that will form the channels. The irradiated material is then removed by using a developer followed by application of the lower refractive index material.
【００２１】しかし、取り除かれるべき物質なしに導波
体パターンを規定することを可能にするコア物質を使用
することがより強く好ましい。この性質の物質は存在
し、例えば熱、光、又はＵＶ照射を受けたとき異なる屈
折率を持つ物質に化学的又は物理的変換を受けるであろ
う物質である。この変換が屈折率に増加をもたらす場合
に、処理された物質は導波体チャンネルのためのコア物
質として採用されるであろう。これは、開口部が所望の
導波体パターンと同一であるマスクを用いることにより
達成され得る。屈折率の減少をもたらす処理の場合にお
いて、処理された物質はクラッディング物質として適し
ている。その場合に、上記のようなマスク即ち、所望の
導波体チャンネルを覆うものが使用される。特定の、そ
して好ましいコア物質のこのタイプの実施態様は、漂白
され得るポリマー、即ち物理的及び機械的特性が実質的
に影響を受けることなしに屈折率が可視光線又はＵＶで
の照射により低められるポリマーにより形成される。こ
の目的で、導波体チャンネルの所望のパターンを覆うマ
スクをスラブ導波体に備えること、及び（通常青色の）
光又はＵＶ照射によって周囲の物質の屈折率を低めるこ
とが好ましい。漂白可能なポリマーは、欧州特許第３５
８，４７６号公報に開示されている。However, it is more strongly preferred to use a core material which makes it possible to define the waveguide pattern without the material to be removed. Substances of this nature are substances that are present and will undergo chemical or physical conversion to substances with different refractive indices when subjected to heat, light or UV irradiation, for example. If this conversion results in an increase in refractive index, the treated material will be adopted as the core material for the waveguide channel. This can be achieved by using a mask whose openings are identical to the desired waveguide pattern. In the case of treatments that result in a reduction of the refractive index, the treated material is suitable as a cladding material. In that case, a mask as described above, ie one covering the desired waveguide channel, is used. Certain and preferred embodiments of this type of core material are polymers that can be bleached, i.e. the refractive index is reduced by irradiation with visible light or UV without the physical and mechanical properties being substantially affected. Formed by a polymer. To this end, the slab waveguide is provided with a mask covering the desired pattern of waveguide channels, and (usually blue)
It is preferable to lower the refractive index of surrounding substances by irradiation with light or UV. Bleachable polymers are described in EP 35
It is disclosed in Japanese Patent No. 8,476.
【００２２】結合された熱光学／電気光学デバイスを作
る可能性を有するために、コア中にＮＬＯポリマーを採
用することが一層好ましい。It is more preferred to employ an NLO polymer in the core because it has the potential to make a combined thermo-optic / electro-optic device.
【００２３】非線形光学（ＮＬＯ）物質とも呼ばれる光
学的に非線形の物質が公知である。そのような物質にお
いて、非線形分極が力の外部場（例えば電界）の影響下
に生ずる。非線形電気分極は、いくつかの光学的に非線
形の現象、例えば周波数二倍化、ポッケルス(Pockels)
効果、及びカー(Kerr)効果を起すことができる。あるい
は、ＮＬＯ効果は、光光学的に又は音響光学的に発生さ
れ得る。ポリマー状のＮＬＯ物質をＮＬＯ活性とする
（所望のＮＬＯ効果を巨視的に得る）ために、その様な
物質中に存在する基(groupes) 、通常過分極し得る側鎖
基(side groupes)が、まず整列（極化）されなければな
らない。そのような整列は、配向のためにポリマー鎖を
十分に可動性にするであろうような加熱と共に、電圧
（直流）、いわゆるポーリング場にポリマー物質をさら
すことにより通常もたらされる。ＮＬＯポリマーは、な
かんずく欧州特許第３５０，１１２号公報、同第３５
０，１１３号公報、同第３５８，４７６号公報、同第４
４５，８６４号公報、同第３７８，１８５号公報、及び
同第３５９，６４８号公報に開示されている。Optically non-linear materials, also called non-linear optical (NLO) materials, are known. In such materials, non-linear polarization occurs under the influence of an external field of force (eg an electric field). Nonlinear electrical polarization is a phenomenon of some optically nonlinear phenomena, such as frequency doubling, Pockels.
The effect and the Kerr effect can be generated. Alternatively, the NLO effect can be photo-optically or acousto-optically generated. In order to make polymeric NLO substances NLO active (obtaining the desired NLO effect macroscopically), the groups present in such substances, usually the side groups capable of hyperpolarization, are First, they must be aligned (polarized). Such alignment is usually brought about by exposing the polymer material to a voltage (direct current), the so-called poling field, with heating such that the polymer chains will be sufficiently mobile for orientation. NLO polymers are, inter alia, European Patents 350,112 and 35.
No. 0,113, No. 358,476, No. 4
No. 45,864, No. 378,185, and No. 359,648.
【００２４】通常、本発明のポリマー光学導波体を作る
ことは、低部クラッディングとして使用されるポリマー
の溶液を、例えばスピンコーティングにより基板に施与
すること、次に溶剤を蒸発させることを含むであろう。
次に、コア層及び上部クラッディング層は同一の方法で
施与され得る。上部クラッディングの頂部に、加熱要素
が、例えばスパッタリング、化学蒸着、又は蒸発及び標
準リトグラフ技術により据えられるであろう。デバイス
のより良い取扱いを可能にするように、固着及び仕上げ
のために被覆層が全体の構造の頂部に施与されてよい。
あるいは、被覆層に代えて、接着剤層が固着のために使
用されて良く、その後全体の構造はその上に対物ガラス
を据え付けることによって仕上げられ得る。Generally, making the polymer optical waveguides of this invention involves applying a solution of the polymer used as the lower cladding to a substrate, for example by spin coating, and then evaporating the solvent. Will include.
Then the core layer and the upper cladding layer can be applied in the same way. On top of the upper cladding, heating elements may be placed, for example by sputtering, chemical vapor deposition, or evaporation and standard lithographic techniques. A coating layer may be applied to the top of the overall structure for sticking and finishing to allow for better handling of the device.
Alternatively, instead of a cover layer, an adhesive layer may be used for fixing, after which the whole structure can be finished by mounting the objective glass on it.
【００２５】全てポリマー状の積層導波体構造を作る
時、官能性の末端基（例えばＯＨ）を含むプレポリマー
の形態で個々の層を施与すること、及び次の層が与えら
れる時に溶解しない硬化したポリマーネットワークが形
成されるように架橋剤（例えばデスモデュール‐エヌ(D
esmodur-N)のようなジイソシアネート）を含めることが
有利である。When making an all-polymeric laminated waveguide structure, the individual layers are applied in the form of prepolymers containing functional end groups (eg OH) and dissolved when the next layer is applied. A cross-linking agent (eg Desmodur-N (D
It is advantageous to include a diisocyanate) such as esmodur-N).
【００２６】適切な基板は、なかんずくシリコンウエハ
又はプラスチック積層板、例えば補強されていてもされ
ていなくてもよいエポキシ樹脂に基づいたものである。
適切な基板は当業者に公知である。高い熱伝導率によっ
て、ヒートシンクとして機能できる基板が好ましい。こ
れは、熱光学スイッチングプロセスをかなり早めること
ができる。例えば「オン」の状態にスイッチすることは
導波体を加熱することにより達成され得ることを考慮す
ると、次に、「オフ」の状態を達成することは導波体を
放冷することを要求するであろう。この点で、好ましい
基板は、ガラス、金属、又はセラミックスであり、そし
てとりわけシリコンである。Suitable substrates are, inter alia, based on silicon wafers or plastic laminates, for example epoxy resins which may or may not be reinforced.
Suitable substrates are known to those skilled in the art. A substrate that can function as a heat sink due to its high thermal conductivity is preferred. This can speed up the thermo-optical switching process considerably. Considering, for example, that switching to the "on" state can be accomplished by heating the waveguide, then achieving the "off" state requires cooling the waveguide. Will do. In this respect, the preferred substrate is glass, metal or ceramics, and especially silicon.
【００２７】また、ポリマー光学導波体、又はその部分
（例えば層の一つ）を作るために熱硬化性物質を採用す
ることができる。もし、少なくとも底部のクラッディン
グが自立型の熱硬化性物質から作られているなら、所望
なら、底部のクラッディング層がその機能を達成するで
あろう故に、別途の基板を使用することをやめることが
できる。Thermoset materials can also be employed to make the polymer optical waveguide, or portions thereof (eg, one of the layers). If at least the bottom cladding is made of a self-supporting thermosetting material, stop using a separate substrate, since the bottom cladding layer will perform its function, if desired. be able to.
【００２８】通常、加熱要素は、薄いフィルム状の導電
体、通常薄い金属フィルムから作られているであろう。
そのような熱エネルギー発生生き導電体(live electric
conductor) は、略して「抵抗ワイヤ」とも呼ばれ得
る。勿論、適切な熱エネルギー発生導体は、ワイヤ形式
に限定されない。Typically, the heating element will be made from a thin film of electrical conductor, usually a thin metal film.
Such heat energy generation live electric conductor (live electric
Conductor) may also be abbreviated as “resistive wire”. Of course, suitable thermal energy generating conductors are not limited to wire type.
【００２９】熱エネルギー発生生き導電体、即ち抵抗ワ
イヤは、薄膜技術の分野からそれ自身公知である加熱要
素、例えばＮｉ／Ｆｅ又はＮｉ／Ｃｒであってよい。あ
るいは、電極がそれから作られるものとして電気光学ス
イッチの分野から公知であるそれらの物質を導電体とし
て採用することができる。これらは貴金属例えば金、白
金、銀、パラジウム、又はアルミニウム、並びに透明電
極として公知の物質例えばインジウムスズオキシドを含
む。アルミニウム及び金が好ましい。The thermal energy-generating live conductor, ie the resistive wire, may be a heating element known per se from the field of thin film technology, for example Ni / Fe or Ni / Cr. Alternatively, those materials known from the field of electro-optical switches for which electrodes are made can be employed as conductors. These include noble metals such as gold, platinum, silver, palladium, or aluminum, as well as the materials known for transparent electrodes such as indium tin oxide. Aluminum and gold are preferred.
【００３０】もし、極化したＮＬＯポリマーが本発明の
導波体中に採用されるなら、電極として機能し得る加熱
要素を使用することは、単一のデバイス中で熱光学機能
及び電気光学的機能を結合することを可能にする。If polarized NLO polymers are employed in the waveguides of the present invention, the use of heating elements that can function as electrodes allows for thermo-optical and electro-optical functions in a single device. Allows you to combine functions.
【００３１】電極と抵抗ワイヤの機能が結合される場合
に、サージは、例えば比較的大きな直径の供給電極（低
電流密度）及び続く比較的小さな直径を持つ部分を採用
することにより実際の実施において実現され得る。する
と、高電流密度は、この狭い部分で作られ、それで熱が
発生する。あるいは、異なる固有抵抗の二つの金属から
作られた物質を採用すること、及び低い電流密度、又は
給電における低い固有抵抗の所望の効果を得るような方
法で異なった金属処理の厚み又は物質の組成のいずれか
を変えることができ、同時に高い電流密度又は比較的高
い固有抵抗は、熱光学効果が所望される位置で示され
る。このように電流密度を変えることにより、局所的に
熱光学効果を得ることができる。ＮＬＯポリマーが採用
される場合に、加熱要素はＮＬＯポリマーの整列の間に
最初に使用されてよい。When the functions of the electrode and the resistance wire are combined, surges are realized in practice by, for example, employing a relatively large diameter supply electrode (low current density) followed by a portion with a relatively small diameter. Can be realized. A high current density is then created in this narrow area, which produces heat. Alternatively, employing materials made of two metals of different resistivity and varying metallization thickness or composition of materials in such a way as to obtain the desired effect of low current density, or low resistivity in power feed. Either of them can be varied, while at the same time a high current density or a relatively high resistivity is exhibited at the position where the thermo-optic effect is desired. By changing the current density in this way, a thermo-optical effect can be locally obtained. If NLO polymer is employed, the heating element may be used first during the alignment of the NLO polymer.
【００３２】更に本発明は、次の限定的ではない実施例
及び添付の図に関して説明される。図１は、非対称構造
を持つ積層ポリマー導波体（１）を示す。積層導波体
は、基板（２）、低部クラッディング層（３）、ガイデ
ィング層（４）、及び上部クラッディング層（５）を含
む。上部クラッディング層（５）の頂部に、加熱要素
（６）がある。二つのクラッディング層（３，５）は、
ガイディング層（４）より低い屈折率を持っている。更
に、上部クラッディング層（５）は、低部クラッディン
グ層（３）より低い屈折率を持ち、そして従って、図示
したように、より薄いことができる。The invention is further described with reference to the following non-limiting examples and accompanying figures. FIG. 1 shows a laminated polymer waveguide (1) having an asymmetric structure. The laminated waveguide comprises a substrate (2), a lower cladding layer (3), a guiding layer (4) and an upper cladding layer (5). On top of the upper cladding layer (5) is the heating element (6). The two cladding layers (3,5) are
It has a lower refractive index than the guiding layer (4). Furthermore, the upper cladding layer (5) has a lower index of refraction than the lower cladding layer (3) and can therefore be thinner, as shown.
【００３３】[0033]
【００３４】[0034]
【実施例１】いくつかの導波体の関連したデータが与え
られている。導波体は、基板（Ｓ）上に下記の連続層が
確認され得る積層構造を含む。即ち、低部クラッディン
グ層（Ｌ）、コア層（Ｃ）、上部クラッディング層
（Ｕ）、及び加熱要素（Ｈ）。即ち次のようである（図
１もまた参照のこと）。Example 1 Relevant data for several waveguides is given. The waveguide comprises a layered structure in which the following successive layers can be identified on the substrate (S). That is, the lower cladding layer (L), the core layer (C), the upper cladding layer (U), and the heating element (H). That is: (See also Figure 1).
【００３５】[0035]
【化１】 例示したコア層（Ｃ）の厚みは２〜９μｍである。夫々
の場合における低部クラッディング（Ｌ）は１．５８の
屈折率を持つ光学ポリマーの層である。上部クラッディ
ングのために、三つの異なる屈折率即ち１．５６、１．
５７、及び１．５８を持つ物質が選ばれる。即ち、ここ
で二つのクラッディング間の屈折率差（ΔＲＩ）は夫々
０．０２、０．０１、及び０である。第三番目のもの
は、（本発明に従わない）対称導波体である。夫々の場
合におけるコア層は、二つのクラッディングの屈折率よ
り高い屈折率を持ち、ここで最適屈折率（ＲＩ）は１．
５８３〜１．５８９の間である。[Chemical 1] The illustrated core layer (C) has a thickness of 2 to 9 μm. The lower cladding (L) in each case is a layer of optical polymer with a refractive index of 1.58. Due to the upper cladding, there are three different refractive indices, 1.56, 1.
Materials with 57 and 1.58 are chosen. That is, here the refractive index difference (ΔRI) between the two claddings is 0.02, 0.01 and 0, respectively. The third is a symmetric waveguide (not according to the invention). The core layer in each case has a refractive index higher than the refractive index of the two claddings, where the optimum refractive index (RI) is 1.
It is between 583 and 1.589.
【００３６】表１は、与えられたコア層の厚み及び屈折
率の導波体が、所望のモード一致を保持しながら、ＳＳ
ＭＦに結合されるべきであるとき採用され得るクラッデ
ィング厚みを示す（もし、クラッディング厚みがより小
さいなら、光はクラッディングの外側の層、例えば加熱
要素又は基板により吸収されるであろう。これは、かな
りの伝搬損をもたらす）。当業者は、いかなる層厚みが
可能であるかを、ＳＳＭＦのモーダルフィールドと導波
体のモーダルフィールドの間のオーバーラップを計算す
ることにより決定できる。より厚いクラッディングが採
用されることができるが、それは高められた熱容量のた
めに本発明から得られるべき利益を無駄に減少するであ
ろう。コア厚みのための上限は、導波体が所与の波頭の
ための多モードになる点により主に決定される。それは
デバイスのあまり正確でない機能をもたらし、また発生
したより高いオーダーのモードは出力ＳＳＭＦに結合さ
れることはできないので、多モードになることは望まし
くない。当業者は、公知の導波体分散関係式によって、
導波体が好ましくなく多モードになる点を決定し得る。Table 1 shows that for a given core layer thickness and index of refraction waveguides, while maintaining desired mode matching, SS
It indicates the cladding thickness that can be employed when it should be coupled to the MF (if the cladding thickness is smaller, light will be absorbed by the outer layers of the cladding, eg heating elements or substrates. This results in a considerable propagation loss). Those skilled in the art can determine what layer thickness is possible by calculating the overlap between the SSMF modal field and the waveguide modal field. Thicker cladding can be employed, but it would unnecessarily reduce the benefits to be gained from the present invention due to the increased heat capacity. The upper limit for the core thickness is primarily determined by the point at which the waveguide becomes multimode for a given wavefront. It is undesirable to have multiple modes because it results in less accurate functioning of the device and the higher order modes generated cannot be coupled to the output SSMF. Those skilled in the art can use the well-known waveguide dispersion relation
The point at which the waveguide is undesirably multimode may be determined.
【００３７】[0037]
【表１】 夫々の場合に、本発明に従う非対称導波体は本発明に従
わない対称導波体より小さい上部クラッディング厚みを
持つことは、表１から明らかである。本発明の導波体は
このように、熱光学デバイス中に使用された時、より薄
いクラッディングと関係付けられる上記で明らかにされ
た利点を持つ。[Table 1] It is clear from Table 1 that in each case the asymmetric waveguide according to the invention has a smaller upper cladding thickness than the symmetrical waveguide not according to the invention. The waveguides of the present invention thus have the above-identified advantages associated with thinner cladding when used in thermo-optic devices.
【００３８】表１から、全体の導波体厚みが計算し得る
（夫々の場合に、低部クラッディングは、対応する対称
導波体における上部クラッディングと同じ厚みを持
つ）。その結果は、表２に与えられている。From Table 1 the total waveguide thickness can be calculated (in each case the lower cladding has the same thickness as the upper cladding in the corresponding symmetrical waveguide). The results are given in Table 2.
【００３９】[0039]
【表２】 表２から、夫々の場合に、本発明に従う非対称導波体
は、本発明に従わない対称の導波体より薄いことが明ら
かである。９μｍのコア厚みの場合に、対称導波体の全
体の厚みは比較的低い。しかし、この導波体の場合に、
９μｍコアを結合するチップに対しファイバーを最適化
することは、導波体が多モードであることを生じ、これ
は望ましくない。[Table 2] From Table 2 it is clear that in each case the asymmetric waveguide according to the invention is thinner than the symmetrical waveguide not according to the invention. With a core thickness of 9 μm, the total thickness of the symmetric waveguide is relatively low. However, in the case of this waveguide,
Optimizing the fiber for a chip coupling a 9 μm core results in a multimode waveguide, which is undesirable.
【００４０】表３中に種々の例示された導波体で受ける
結合損が与えられている。採用された波長は１．３μｍ
であった。Table 3 gives the coupling losses experienced by the various illustrated waveguides. The adopted wavelength is 1.3 μm
Met.
【００４１】[0041]
【表３】 表３から、夫々の場合に、本発明に従う非対称導波体
が、本発明に従わない対称導波体より幾分高い結合損を
示すことが明らかである。しかし、約０．１ｄＢより小
さい損失の差は無視し得ると思われ、そして本発明で、
小さい上部クラッディング厚み、小さい全体の導波体厚
み、そして低い結合損の好ましい組み合わせが達成され
得ることが明らかである。掲げた例示した導波体の場合
に、７及び８μｍのコア厚みを持つ導波体はこの点で好
ましい。[Table 3] It is clear from Table 3 that in each case the asymmetric waveguide according to the invention exhibits a somewhat higher coupling loss than the symmetric waveguide not according to the invention. However, a difference in loss of less than about 0.1 dB appears to be negligible, and in the present invention,
It is clear that the preferred combination of low top cladding thickness, low overall waveguide thickness, and low coupling loss can be achieved. In the case of the exemplified waveguides listed, waveguides with core thicknesses of 7 and 8 μm are preferred in this respect.
【００４２】[0042]
【実施例２】二つの熱光学Ｙ形スイッチ、即ち（例えば
図１中に描かれた非対称構造を持つ積層導波体のガイデ
ィング層中に作られる）一つの入力チャンネルと二つの
出力チャンネルを持つスイッチについて、応答時間が測
定された。EXAMPLE 2 Two thermo-optic Y-type switches, namely one input channel (made in the guiding layer of a laminated waveguide having the asymmetric structure depicted in FIG. 1, for example) and two output channels. The response time was measured for the switches that they had.
【００４３】断面図で、導波体は実施例１及び図１中の
ように図式的に示され得る。使用された基本的なＹ形導
波体チャンネル設計は、図２中に図式的に示されてい
る。In cross-section, the waveguide can be shown diagrammatically as in Example 1 and FIG. The basic Y-waveguide channel design used is shown diagrammatically in FIG.
【００４４】図２は、導波体チャンネルの平面図を示
す。光はチャンネル（７）を経て導波体に入る。Ｙの脚
（８）および（９）の非対称（導波体の層の非対称と混
同されるべきでない）に故に、導波体を通って伝搬する
光は、脚（８）を通る方向に向けられる。これは「オ
フ」の状態としてここで定義される。FIG. 2 shows a plan view of the waveguide channel. Light enters the waveguide via the channel (7). Due to the asymmetry of the legs (8) and (9) of Y (not to be confused with the asymmetry of the layers of the waveguide), the light propagating through the waveguide is directed in the direction through the legs (8). To be This is defined here as the "off" state.
【００４５】図２中に示されたＹ形チャンネル導波体に
基づいて、熱光学スイッチが図３に従って設計された。Based on the Y-channel waveguide shown in FIG. 2, a thermo-optical switch was designed according to FIG.
【００４６】図３は、導波体チャンネルの平面図を示
す。光は、チャンネル（７）を経由して導波体に入る。
加熱要素（１０）は、脚（８）に据えられる。このこと
は脚（９）を活性にし得る。即ち、加熱要素が１５ｍＷ
サージを適用することにより作動されるとき、屈折率
は、伝搬光が脚（９）に向けられるであろうような程度
まで加熱要素（１０）の下の脚（８）の部分で局部的に
減少する。これは「オン」の状態としてここで定義され
る。FIG. 3 shows a plan view of the waveguide channel. The light enters the waveguide via the channel (7).
The heating element (10) is mounted on the leg (8). This can activate the legs (9). That is, the heating element is 15 mW
When actuated by applying a surge, the index of refraction is locally at the part of the leg (8) below the heating element (10) to the extent that the propagating light will be directed to the leg (9). Decrease. This is defined here as the "on" state.
【００４７】「オン」として定義された状態に達するた
めの応答時間は、１ミリ秒より小さい。加熱要素を停止
すること及び従って屈折率が元の値を保持することを可
能にすることにより「オフ」の状態に達するための応答
時間は、約４ミリ秒であった。The response time to reach the state defined as "on" is less than 1 millisecond. The response time to reach the "off" state by stopping the heating element and thus allowing the refractive index to retain its original value was about 4 ms.
【００４８】[0048]
【実施例３】第２の熱光学スイッチが、図４に示すよう
に設計された。Example 3 A second thermo-optical switch was designed as shown in FIG.
【００４９】図４は、導波体の平面図を示す。光は、チ
ャンネル（１１）を経て導波体に入る。対称の脚（１
２）及び（１３）は、加熱要素（１４）及び（１５）を
備えている。一つの加熱要素例えば加熱要素（１４）が
作動されるとき、その下の導波体の脚（１２）の部分の
屈折率は、伝搬光が他の脚、この場合脚（１３）中に向
けられるであろうような程度まで局部的に減少する。こ
れを「オン」の状態として定義し、次に「オフ」の状態
は、脚（１３）の屈折率を減少させそして脚（１２）の
屈折率を元の値へ増加させるように加熱要素（１５）を
採用し、そして加熱要素（１４）を切ること、従って、
光が脚（１２）に向けられることにより達成され得る。FIG. 4 shows a plan view of the waveguide. Light enters the waveguide via the channel (11). Symmetrical legs (1
2) and (13) comprise heating elements (14) and (15). When one heating element, for example the heating element (14), is activated, the index of refraction of the portion of the legs (12) of the waveguide below it is such that the propagating light is directed into the other leg, in this case the leg (13). Local reduction to the extent that it would be done. This is defined as the "on" state, and then the "off" state reduces the index of refraction of the leg (13) and increases the index of refraction of the leg (12) to its original value ( 15) and cutting the heating element (14), thus
This can be achieved by directing light to the legs (12).
【００５０】いずれかの状態に達するための応答時間は
約１ミリ秒であった。The response time to reach either condition was about 1 millisecond.
【００５１】[0051]
【発明の効果】本発明は、スイッチング電力及び応答時
間を更に減少した商業的に使用し得る熱光学デバイスを
提供する。The present invention provides a commercially available thermo-optical device with further reduced switching power and response time.
【図１】非対称構造を持つ積層ポリマー導波体である。FIG. 1 is a laminated polymer waveguide having an asymmetric structure.
【図２】導波体チャンネルの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a waveguide channel.
【図３】導波体チャンネルの平面図である。FIG. 3 is a plan view of a waveguide channel.
【図４】導波体チャンネルの平面図である。FIG. 4 is a plan view of a waveguide channel.
１．非対称構造を持つ積層ポリマー導波体 ２．基板 ３．低部クラッディング層 ４．ガイディング層 ５．上部クラッディング層 ６，１０，１４，１５．加熱要素 ７，１１．チャンネル ８，９，１２，１３．脚 1. Laminated polymer waveguide with asymmetric structure 1. Substrate 3. Lower cladding layer 4. Guiding layer 5. Upper cladding layer 6,10,14,15. Heating element 7,11. Channels 8, 9, 12, 13. leg
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウインフリード ヘンリー ジェラルド ホルストフイス オランダ国、7533 ブイブイ エンシェ デ、オーストベーンウェヒ 56 (72)発明者 ヘルマナス マルセリナス マリア クレ イン ケルカンプ オランダ国、7545 エーティ エンシェ デ、ブルッゲルトストラート 277 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Winfried Henry Gerald Horsthuis Netherlands, 7533 Vuibuenschede, Ostbahnweig 56 (72) Inventor Hermanus Marcelinas Maria Kleinkamp Netherlands, 7545 Etienschede, Bruggertstraat 277
Claims (12)
を含み、該ポリマー導波体がガイディング層より低い屈
折率の二つのクラッディング層（３，５）の間に挟まれ
たポリマーのガイディング層（４）を含む積層構造を持
つポリマー熱光学デバイス（１）において、加熱要素
（６）に隣接するクラッディング層（５）が、他のクラ
ッディング層（３）より低い屈折率を持つことを特徴と
するポリマー熱光学デバイス。1. Polymer optical waveguide and heating element (6)
And a polymer thermo-optic having a laminated structure in which the polymer waveguide comprises a polymeric guiding layer (4) sandwiched between two cladding layers (3, 5) having a lower refractive index than the guiding layer. Polymer thermo-optical device, characterized in that in the device (1) the cladding layer (5) adjacent to the heating element (6) has a lower refractive index than the other cladding layers (3).
に備えられ、加熱要素（６）が上部クラッディング層
（５）の上に付けられており、他のクラッディング
（３）が低部クラッディングであることを特徴とする請
求項１記載のポリマー熱光学デバイス。2. A laminated polymer waveguide structure is provided on a substrate (2), a heating element (6) is applied on top of the upper cladding layer (5), and another cladding (3) is provided. The polymer thermo-optic device of claim 1, wherein the polymer thermo-optic device is a lower cladding.
ス物質から成る群から選ばれることを特徴とする請求項
２記載のポリマー熱光学デバイス。3. The polymer thermo-optical device according to claim 2, wherein the substrate is selected from the group consisting of silicon, metal and ceramic materials.
間に存在し、該追加の層が低部クラッディングより低い
屈折率を持つことを特徴とする請求項３記載のポリマー
熱光学デバイス。4. The polymer thermo-optic device of claim 3, wherein an additional layer is present between the substrate and the lower cladding, the additional layer having a lower index of refraction than the lower cladding. .
グ層もポリマーであることを特徴とする請求項１〜４の
いずれか一つに記載のポリマー熱光学デバイス。5. The polymer thermo-optical device according to claim 1, wherein not only the guiding layer but also the cladding layer is a polymer.
に隣接するより高い屈折率を持つ層及び基板に接するよ
り低い屈折率を持つ層の二つの更なる層に分割されてい
ることを特徴とする請求項４又は５記載のポリマー熱光
学デバイス。6. The lower cladding is divided into two further layers, a higher refractive index layer adjacent to the guiding layer and a lower refractive index layer adjacent to the substrate. The polymer thermo-optical device according to claim 4 or 5.
ィング層と同じ屈折率を持っていることを特徴とする請
求項６記載のポリマー熱光学デバイス。7. The polymer thermo-optic device of claim 6, wherein the layer with the lower index of refraction has the same index of refraction as the upper cladding layer.
トが約０．００５〜約０．０５であることを特徴とする
請求項１〜７のいずれか一つに記載のポリマー熱光学デ
バイス。8. The polymer thermo-optical device according to claim 1, wherein the refractive index contrast between the cladding layers is about 0.005 to about 0.05.
トが約０．００５〜０．０１であることを特徴とする請
求項８記載のポリマー熱光学デバイス。9. The polymer thermo-optic device of claim 8, wherein the refractive index contrast between the cladding layers is about 0.005-0.01.
ストが約０．０３〜０．０５であることを特徴とする請
求項８記載のポリマー熱光学デバイス。10. The polymer thermo-optic device of claim 8, wherein the refractive index contrast between the cladding layers is about 0.03 to 0.05.
ストが約０．０１〜０．０３であることを特徴とする請
求項８記載のポリマー熱光学デバイス。11. The polymer thermo-optic device of claim 8, wherein the refractive index contrast between the cladding layers is about 0.01 to 0.03.
のポリマーのクラッディング層の間に挟まれたポリマー
ガイディング層を含む積層されたポリマー光学導波体構
造（オプトボード）において、クラッディング層が異な
る屈折率を持つことを特徴とする光学導波体構造。12. A laminated polymer optical waveguide structure (optboard) comprising a polymer guiding layer sandwiched between cladding layers of two polymers having a lower refractive index than the guiding layer, the cladding layer. An optical waveguide structure characterized by having different refractive indices.
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6268949B1 (en) | 1998-06-26 | 2001-07-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical intensity modulator and fabrication method using an optical waveguide having an arc shaped path |
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- 1994-08-24 KR KR1019940020848A patent/KR950007186A/en not_active Application Discontinuation
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| CN1115865A (en) | 1996-01-31 |
| AU7141794A (en) | 1995-03-30 |
| CA2130605A1 (en) | 1995-02-25 |
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