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JPH01158413A - Optical waveguide device - Google Patents

Optical waveguide device

Info

Publication number
JPH01158413A
JPH01158413A JP33526387A JP33526387A JPH01158413A JP H01158413 A JPH01158413 A JP H01158413A JP 33526387 A JP33526387 A JP 33526387A JP 33526387 A JP33526387 A JP 33526387A JP H01158413 A JPH01158413 A JP H01158413A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical waveguide
silicon substrate
optical
substrate
thin film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP33526387A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Kawachi
河内 正夫
Akio Sugita
彰夫 杉田
Norio Takato
高戸 範夫
Kaname Jinguji
神宮寺 要
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP33526387A priority Critical patent/JPH01158413A/en
Publication of JPH01158413A publication Critical patent/JPH01158413A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To decrease the power consumption and to reduce mutual interference (crosstalk) by separating part of an optical waveguide substantially from a substrate and providing a heater for adjusting the length of an optical path finely on the separated optical waveguide. CONSTITUTION:Grooves 11a and 11b are formed in part of a clad layer 3 in the lengthwise direction of a core part and reach the silicon substrate. Part of the silicon substrate 1 is etched away so as to link the bottom parts of those grooves 11a and 11b, and thus a silicon substrate removal area 12 is formed to suppress heat conduction from the heated optical waveguide part 13 to the substrate 1. Namely, the thin film heater 4 as a heating body for adjusting the phase is loaded on the optical waveguide part 13 separated from the silicon substrate 1. The heating efficiency of the optical waveguide is improved. Consequently, the power consumption is made small and the mutual interference (crosstalk) is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は単一モード光導波路に関し、より詳細には光導
波路の光路差を調節することのできる光導波路装置に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a single mode optical waveguide, and more particularly to an optical waveguide device that can adjust the optical path difference of an optical waveguide.

[従来の技術] 従来、平面基板上に作製される単一モード光導波路、特
にシリコン基板上に作製可能な石英系ガラス単一モード
光導波路は、そのコア部の断面寸法を通常使用されてい
る単一モード光ファイバに合わせて5〜lOμm程度に
設定することができるため、光ファイバとの整合性に優
れた実用的な導波形光部品の実現手段として期待されて
いる。
[Prior Art] Conventionally, single-mode optical waveguides fabricated on flat substrates, particularly silica-based glass single-mode optical waveguides fabricated on silicon substrates, have the cross-sectional dimensions of their core portions that are normally used. Since it can be set to about 5 to 10 μm to match a single mode optical fiber, it is expected to be a means of realizing a practical waveguide type optical component with excellent compatibility with the optical fiber.

とりわけ、石英系ガラス単一モード光導波路により構成
される導波形光干渉計は、単一モード光ファイバ通信用
や光センサ用の重要な光部品として期待されている。
In particular, waveguide optical interferometers constructed from silica-based glass single-mode optical waveguides are expected to be important optical components for single-mode optical fiber communications and optical sensors.

導波形光干渉計の分野においては、伝播光の位相を調節
する機能を光導波路に具備させることが必要である。
In the field of waveguide optical interferometers, it is necessary for optical waveguides to have a function of adjusting the phase of propagating light.

第5図に、従来の位相調節部を有する石英系ガラス光導
波路の概略構成例を示す。第5図(a)は上述の光導波
路の平面図であり、第5図(b)は第5図(a)のA−
A’線に沿った断面図である。ここで、1はシリコン基
板、2は石英系ガラスからなるコア部、3はコア部2を
埋め込み、コア部2を取り囲む石英系ガラスからなるク
ラッド層、および4はコア部2上のクラッド層3の表面
に形成された位相調節器としての薄膜ヒータである。
FIG. 5 shows an example of a schematic configuration of a conventional silica-based glass optical waveguide having a phase adjustment section. FIG. 5(a) is a plan view of the above-mentioned optical waveguide, and FIG. 5(b) is a plan view of the above-mentioned optical waveguide.
It is a sectional view along the A' line. Here, 1 is a silicon substrate, 2 is a core made of silica glass, 3 is a cladding layer made of silica glass that embeds the core 2 and surrounds the core 2, and 4 is a cladding layer 3 on the core 2. This is a thin film heater as a phase adjuster formed on the surface of.

以上のような構成において、薄膜ヒータ4に通電し、ク
ラッド層3を介してコア部2を加熱すると、いわゆる熱
光学効果(Thermo−optic effect)
により、コア部2の屈折率が増加し、薄膜ヒータ4の下
部の実効的な光路長が変化し、伝播光の位相を変化させ
ることができる。石英系ガラスの屈折率の温度係数dn
/dTは1O−5(1/ t)程度であるから、1 c
mの長さにわたって光導波路の温度を10℃上昇させる
と、光路長を1μm程度変化させることができる。
In the above configuration, when the thin film heater 4 is energized and the core portion 2 is heated through the cladding layer 3, a so-called thermo-optic effect occurs.
As a result, the refractive index of the core portion 2 increases, the effective optical path length under the thin film heater 4 changes, and the phase of the propagating light can be changed. Temperature coefficient dn of refractive index of silica glass
/dT is about 1O-5 (1/t), so 1 c
If the temperature of the optical waveguide is increased by 10° C. over a length of m, the optical path length can be changed by about 1 μm.

上述した熱光学効果を利用した位相調節部は、顕著な電
気光学効果を有しないガラス光導波路の位相調節手段と
して有効である。
The above-mentioned phase adjustment section that utilizes the thermo-optic effect is effective as a phase adjustment means for a glass optical waveguide that does not have a significant electro-optic effect.

[発明が解決しようとする問題点] しかし「熱」を利用しているために、実用上次のような
問題点があった。
[Problems to be solved by the invention] However, since "heat" is used, the following practical problems arise.

薄膜ヒータ4により発生した熱は、コア部2の近傍の温
度上昇に費やされるほか、大部分の熱はシリコン基板1
に拡散してしまい、加熱効率が悪く、消費電力の増大を
招くという問題点があった。
The heat generated by the thin film heater 4 is used to raise the temperature near the core part 2, and most of the heat is also used to increase the temperature in the vicinity of the core part 2.
This has led to problems such as poor heating efficiency and increased power consumption.

さらにまた、同一シリコン基板1上に複数個の位相調節
に用いる薄膜ヒータ4を集積化すると、シリコン基板1
を介して一方の薄膜ヒータ4の熱が他の薄膜ヒータ4の
近傍にまで伝わり、相互干渉(クロストーク)を生じる
という問題があった。
Furthermore, if a plurality of thin film heaters 4 used for phase adjustment are integrated on the same silicon substrate 1, the silicon substrate 1
There was a problem in that the heat of one thin film heater 4 was transmitted to the vicinity of the other thin film heater 4 via the thin film heater 4, causing mutual interference (crosstalk).

そこで、本発明の目的は、上述のような問題点を解消し
、加熱ヒータの加熱効率が良好となして、消費電力の増
大を抑制し、しかも相互干渉を生じることの少ない光導
波路装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide an optical waveguide device in which the heating efficiency of the heater is good, the increase in power consumption is suppressed, and mutual interference is less likely to occur. It's about doing.

[問題点を解決するための手段] かかる目的を達成するために、本発明は、基板と、コア
部をクラッド層によって覆って基板上に配設した光導波
路とを具え、光導波路の一部分の光路長を微調するため
の加熱体をクラッド層の上に配設し、かつ加熱体により
加熱された光導波路から基板への熱伝導を抑制するよう
に構成したことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention includes a substrate and an optical waveguide disposed on the substrate with a core portion covered with a cladding layer, and a part of the optical waveguide is A heating element for finely adjusting the optical path length is disposed on the cladding layer, and heat conduction from the optical waveguide heated by the heating element to the substrate is suppressed.

[作 用] 本発明によれば、光導波路の一部分は基板から実質的に
分離されており、その分離された光導波路の上部に光路
長を微調するためのヒータが設けられているので、光導
波路への加熱効率が良好であり、したがって、消費電力
が小さく、しかも相互干渉(クロストーク)の小さい光
導波路装置を提供できる。
[Function] According to the present invention, a portion of the optical waveguide is substantially separated from the substrate, and a heater for finely adjusting the optical path length is provided above the separated optical waveguide. It is possible to provide an optical waveguide device that has good heating efficiency for the waveguide, and therefore has low power consumption and low mutual interference (crosstalk).

[実施例] 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

実施例1 第1図に、本発明の一実施例の構成を示す。第1図(a
)はその平面図であり、第1図(b)は第1図(a)の
B−B’線に沿った断面図である。本実施例では、第4
図に示した従来例の光導波路とは異なり、クラッド層3
の一部分に、コア部2の長手方向に沿って、溝11aお
よびllbが設けられ、シリコン基板lまで達している
。これらの溝11aおよびllbの底部を連通ずるよう
にシリコン基板1の一部をエツチングにより除去し、シ
リコン基板除去領域12を形成して、加熱された光導波
路部13から基板1への熱伝導を抑制するように構成す
る。上述したように、シリコン基板1から分離した光導
波路部13の上部には、位相を調整する加熱体としての
薄膜ヒータ4が装荷されている。
Embodiment 1 FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of the present invention. Figure 1 (a
) is a plan view thereof, and FIG. 1(b) is a sectional view taken along line BB' in FIG. 1(a). In this example, the fourth
Unlike the conventional optical waveguide shown in the figure, the cladding layer 3
Grooves 11a and llb are provided along the longitudinal direction of the core portion 2 in a portion thereof, and reach the silicon substrate 1. A part of the silicon substrate 1 is removed by etching so that the bottoms of these grooves 11a and llb are communicated with each other to form a silicon substrate removed region 12, thereby preventing heat conduction from the heated optical waveguide section 13 to the substrate 1. Configure to suppress. As described above, the thin film heater 4 as a heating body for adjusting the phase is loaded on the top of the optical waveguide section 13 separated from the silicon substrate 1.

このような構成の光導波路の構造の諸元は種々に定める
ことができるが、ここでは以下の通りに定めた。すなわ
ち、シリコン基板1の厚さは0.7mm、クラッド層3
の厚さは50μm1コア部2の断面寸法は8μmX8μ
m1コア部とクラッド層間の比屈折率差は0,2%とし
た。
The structural specifications of the optical waveguide having such a configuration can be determined in various ways, but here they are determined as follows. That is, the thickness of the silicon substrate 1 is 0.7 mm, and the thickness of the cladding layer 3 is 0.7 mm.
Thickness is 50μm 1 Core section 2 cross-sectional dimensions are 8μm x 8μ
The relative refractive index difference between the m1 core part and the cladding layer was set to 0.2%.

このような石英系光導波路構造は、 5fCJ24゜T
iCIL4などの原料ガスの火炎加水分解反応を利用し
たガラス膜の堆積技術と反応性イオンエツチング技術と
の組合わせにより作製される(河内正夫:「石英系光導
波路の微細加工」、応用物理学会光学懇話会微小光学研
究グループ機関誌、1986 、Vol、4 、 No
、2 、pp、33−38) 。
Such a silica-based optical waveguide structure has a 5fCJ24°T
It is produced by a combination of glass film deposition technology using flame hydrolysis reaction of raw material gas such as iCIL4 and reactive ion etching technology (Masao Kawachi: "Microfabrication of quartz-based optical waveguides", Japan Society of Applied Physics Optics Journal of the Konwakai Micro-Optics Research Group, 1986, Vol. 4, No.
, 2, pp. 33-38).

溝11aおよびllbの谷幅は60μm、各長さは2m
mとして、分離光導波路部13の幅が60μmとなるよ
うに配置した。溝11aおよびllbは、クラッド層3
の一部分を、反応性イオンエツチングにより、シリコン
基板1が露呈するまで除去することにより形成されてい
る。これら溝11aおよびllbを通して、シリコン基
板1の一部分が化学エツチングにより深さ50μm程度
まで除去されて、分離光導波路部13を構成している。
The groove width of grooves 11a and llb is 60 μm, and the length of each is 2 m.
The separation optical waveguide section 13 was arranged so that the width of the separated optical waveguide section 13 was 60 μm. Grooves 11a and llb are formed in the cladding layer 3.
It is formed by removing a portion of the silicon substrate 1 by reactive ion etching until the silicon substrate 1 is exposed. Through these grooves 11a and llb, a portion of the silicon substrate 1 is removed by chemical etching to a depth of approximately 50 μm, thereby forming a separated optical waveguide section 13.

シリコン基板1の化学エツチング液としては、フッ酸、
硝酸、酢酸の混合液を使用した。
As the chemical etching solution for the silicon substrate 1, hydrofluoric acid,
A mixture of nitric acid and acetic acid was used.

薄膜ヒータ4は、たとえば厚さ 0.3μm、幅50μ
m、実効長約2mmにわたってクロム金属膜を真空蒸着
法により形成して構成した。約1 (1mWの電力を薄
膜ヒータ4に通電すると、光導波路の光路長が0.2μ
m増加することが観測された。この光路長増加は、薄膜
ヒータ4の下に位置する分離光導波路部13のコア部2
の近傍の温度が約10℃上昇することに相当する。
The thin film heater 4 has a thickness of 0.3 μm and a width of 50 μm, for example.
A chromium metal film was formed by vacuum evaporation over an effective length of about 2 mm. Approximately 1 (When 1 mW of power is applied to the thin film heater 4, the optical path length of the optical waveguide becomes 0.2 μ.
m was observed to increase. This increase in optical path length is caused by the core portion 2 of the separated optical waveguide portion 13 located below the thin film heater
This corresponds to an approximately 10°C increase in temperature near .

比較のために、第5図に示した従来例の位相調節部を有
する光導波路(薄膜ヒータ4の構造は第1図と同様にし
た)を構成したところ、光路長が0.2μm増加するの
に必要な薄膜ヒータ4への印加電力は約100mWであ
った。
For comparison, when an optical waveguide with a conventional phase adjustment section shown in FIG. 5 was constructed (the structure of the thin film heater 4 was the same as that in FIG. 1), the optical path length increased by 0.2 μm. The power required to be applied to the thin film heater 4 was approximately 100 mW.

この比較例から明らかなように、本発明の構成によれば
、従来構成の場合に比べて約1相手さい消費電力で位相
調節を実現することができる。
As is clear from this comparative example, according to the configuration of the present invention, phase adjustment can be realized with approximately one partner power consumption compared to the conventional configuration.

五gユ 第2図に本発明の第2の実施例の構成例を示す。第2図
(a)はその平面図、第2図(b)および(c)は、第
2図(a)における、それぞれ、C−C′線およびD−
D’ 線に沿った断面図である。
FIG. 2 shows a configuration example of a second embodiment of the present invention. FIG. 2(a) is a plan view of the same, and FIGS. 2(b) and (c) are the lines C-C' and D-, respectively, in FIG. 2(a).
FIG. 3 is a sectional view taken along line D'.

第2図(’b)に示したC−C’線断面の部分は第1図
に示した構成と同じである。本実施例では、実施例1と
異なって、複数の溝21a、21b、22a、22b。
The section taken along the line CC' shown in FIG. 2('b) has the same structure as that shown in FIG. 1. In this embodiment, unlike the first embodiment, there are a plurality of grooves 21a, 21b, 22a, and 22b.

23a、23bを設け、溝21a、21bと22a、2
2bおよび溝22a、22bと23a、23bの間にブ
リッジ構造部318゜31bおよび32a、32b  
(第2図(a)参照)を配設する。これら溝21a、2
1b、22a、22b、23aおよび23bでの断面は
第2図(b)に示すようになるのに対し、ブリッジ構造
部31a、31b、32a、32bにおいては、第2図
(C)に示すように、クラッド層3はブリッジ状をなし
ている。そのために、薄膜ヒータ4の配置されている部
分に対応する分離光導波路部13は各ブリッジ構造部3
1a、31b、32a、32bによってシリコン基板1
に支持されている。
23a, 23b are provided, grooves 21a, 21b and 22a, 2
2b and the bridge structure 318° between the grooves 22a, 22b and 23a, 23b 31b and 32a, 32b
(See FIG. 2(a)). These grooves 21a, 2
1b, 22a, 22b, 23a, and 23b are as shown in FIG. 2(b), whereas the bridge structures 31a, 31b, 32a, and 32b are as shown in FIG. 2(C). In addition, the cladding layer 3 has a bridge shape. For this purpose, the separated optical waveguide section 13 corresponding to the portion where the thin film heater 4 is arranged is connected to each bridge structure section 3.
Silicon substrate 1 by 1a, 31b, 32a, 32b
is supported by

このような構成をとることにより、加熱された光導波路
部I3から基板1への熱伝導を抑制するように構成する
ことができる。ここで、分離光導波路部13はコア部2
の長手方向に沿って複数個に分割され、ブリッジ構造部
31a、31b、32aおよび32bによってシリコン
基板1により支持される。
By adopting such a configuration, it is possible to suppress heat conduction from the heated optical waveguide portion I3 to the substrate 1. Here, the separated optical waveguide section 13 is the core section 2.
It is divided into a plurality of pieces along the longitudinal direction and supported by the silicon substrate 1 by bridge structures 31a, 31b, 32a and 32b.

本実施例のコア部2の断面寸法は実施例1と同様に定め
ることができる。また、本例では、谷溝21a、21b
、22a、22b、23aおよび23bの長手方向の長
さは440μmと定め、ブリッジ構造部31a、31b
The cross-sectional dimensions of the core portion 2 in this embodiment can be determined in the same manner as in the first embodiment. In addition, in this example, the valley grooves 21a, 21b
, 22a, 22b, 23a and 23b are determined to have a longitudinal length of 440 μm, and the bridge structure portions 31a, 31b
.

32aおよび32bの幅は60μmとした。このように
して、溝とブリッジ構造部の幅との合計長である500
μmを周期としてブリッジ構造を繰り返して、10mm
の長さの分離光導波路部13およびシリコン基板除去領
域12を形成した。第2図(a)においては、図示を簡
単にするために、3周期のブリッジ構造のみを示した。
The width of 32a and 32b was 60 μm. In this way, the total length of the groove and the width of the bridge structure is 500
The bridge structure is repeated with a period of μm, and the length is 10 mm.
A separated optical waveguide section 13 and a silicon substrate removal region 12 having a length of . In FIG. 2(a), only a three-period bridge structure is shown to simplify the illustration.

分離光導波路部13の上面には、クロム金属薄膜蒸着を
基本として約10ma+長の薄膜ヒータ4を形成した。
On the upper surface of the separated optical waveguide section 13, a thin film heater 4 having a length of about 10 ma+ was formed based on chromium metal thin film deposition.

上述のようなブリッジ構造の採用により、数mm長以上
に及ぶ比較的長い薄膜ヒータ4を装荷した分離先導被部
13も破損することなく形成維持することができた。
By employing the bridge structure as described above, it was possible to maintain the formation of the separation leading cover 13 loaded with the relatively long thin film heater 4, which is several millimeters long or more, without being damaged.

上述の薄膜ヒータ4に50mWの電力を印加したところ
、光路長が1μm程度変化した。ちなみに、分離光導波
路部13を形成しない従来例の構成の場合には、1μm
の光路長の変化を達成するのには、500mW程度の印
加電力が必要であったことを付記する。このことは、分
離光導波路部13を設けることにより、薄膜ヒータ4の
発熱が、シリコン基板1に無駄に拡散することなく有効
に利用されていることを示しており、かつブリッジ構造
部31a、31b、32a、32bを経てシリコン基板
1へ至る経路の断熱性も充分に高いことを意味している
When a power of 50 mW was applied to the thin film heater 4 described above, the optical path length changed by about 1 μm. Incidentally, in the case of the conventional configuration in which the separation optical waveguide section 13 is not formed, the thickness is 1 μm.
It should be noted that an applied power of about 500 mW was required to achieve a change in optical path length of . This shows that by providing the separated optical waveguide section 13, the heat generated by the thin film heater 4 is effectively utilized without being wastedly diffused into the silicon substrate 1, and also that the bridge structure sections 31a, 31b , 32a, 32b to the silicon substrate 1 has a sufficiently high heat insulation property.

犬A■ユ 第3図は、本発明の第3の実施例の構成を示し、これは
光スイツチアレイに応用した一例である。
FIG. 3 shows the configuration of a third embodiment of the present invention, which is an example of application to an optical switch array.

第3図においては、4列の光スィッチが同一シリコン基
板1上に密接して集積されている。
In FIG. 3, four rows of optical switches are closely integrated on the same silicon substrate 1. In FIG.

第3図において、41a、41b、42a、42b、4
3a、43b。
In FIG. 3, 41a, 41b, 42a, 42b, 4
3a, 43b.

44a、44bは、石英系光導波路により構成された方
向性光結合器(3dBカプラー)、41cと41d、4
2cと42d、43cと43d、44cと44dは、そ
れぞれ、方向性結合器41aと41b、42aと42b
、43aと43b、44aと44bを対として連結する
よう配置された位相調節に用いる薄膜ヒータ付光導波路
である。例えば、方向性結合器41aと41bは、薄膜
ヒータ付光導波路41cと41dを介して連結され対称
形マツハ・ツエンダ−光干渉計の光回路を構成している
。41eと41f、42e と42f、43eと43f
 、44e と44fは、それぞれ、光結合器41a、
42a、43a、44a ヘの入力端である。41gと
41h、42gと112h、43gと43h、443と
44hは、それぞれ、光結合器41b、42b、43b
、44bからの出力端である。
44a and 44b are directional optical couplers (3dB couplers) constructed of silica-based optical waveguides; 41c and 41d;
2c and 42d, 43c and 43d, 44c and 44d are directional couplers 41a and 41b, 42a and 42b, respectively.
, 43a and 43b, and 44a and 44b are arranged to connect as a pair and are used for phase adjustment. For example, the directional couplers 41a and 41b are connected via optical waveguides 41c and 41d with thin film heaters to form an optical circuit of a symmetrical Matsuzha-Zehnder optical interferometer. 41e and 41f, 42e and 42f, 43e and 43f
, 44e and 44f are optical couplers 41a, 44f, respectively.
42a, 43a, and 44a. 41g and 41h, 42g and 112h, 43g and 43h, 443 and 44h are optical couplers 41b, 42b, and 43b, respectively.
, 44b.

このような光回路構成とすることにより、入力端41e
から入射した信号光は、光干渉作用に基づいて出力端4
1hから出射される。ところが、薄膜ヒータ付光導波路
41cあるいは41dに通電して光路長を信号光波長の
1/2相当だけ変化させると、公知の光干渉原理により
、光が出射する出力端は41hから41gへと変化する
。すなわち、かかるマツハ・ツエンダ−光干渉計回路は
光スィッチとして作用する。
By having such an optical circuit configuration, the input terminal 41e
The signal light incident from the output terminal 4 is
It is emitted from 1h. However, when the optical waveguide 41c or 41d with a thin film heater is energized to change the optical path length by an amount equivalent to 1/2 of the signal light wavelength, the output end from which the light is emitted changes from 41h to 41g due to the well-known optical interference principle. do. In other words, such a Matsuha-Zehnder optical interferometer circuit acts as an optical switch.

第3図における光導波路の配置の概略寸法の一例を示す
と、入力端41e、41f、42e、42f、43e、
43f。
An example of the approximate dimensions of the arrangement of the optical waveguides in FIG. 3 is the input ends 41e, 41f, 42e, 42f, 43e,
43f.

44e、44fは250μmピッチとなし、出力端41
g。
44e and 44f have a pitch of 250 μm, and the output end 41
g.

41h、42g、42h、43g、43h、44g、4
4hのピッチも同様とした。本実施例の薄膜ヒータ付光
導波路は、第2図示の実施例2と同様の分刻1光導波路
構造を有しており、その実効的な加熱長は10mmとし
た。シリコン基板1の寸法は、縦1 cm、横4cmと
した。
41h, 42g, 42h, 43g, 43h, 44g, 4
The pitch for 4h was also the same. The optical waveguide with a thin film heater of this example had a segmented single optical waveguide structure similar to that of Example 2 shown in the second diagram, and its effective heating length was 10 mm. The dimensions of the silicon substrate 1 were 1 cm in length and 4 cm in width.

一般に、同一シリコン基板上に複数個の光スィッチが集
積されている構造においては、特定の光スイ:ンチの切
替動作のために薄膜ヒータに通電すると、発生した熱が
シリコン基板を介して隣接する光スィッチにまで伝わり
、隣接する光スィッチの誤動作を招く、すなわち相互干
渉(クロストーク)が生ずるという問題が、従来の熱光
学効果利用の光スィッチには見られた。
Generally, in a structure in which multiple optical switches are integrated on the same silicon substrate, when electricity is applied to a thin film heater for the switching operation of a specific optical switch, the generated heat is transferred to the adjacent thin film heater via the silicon substrate. Conventional optical switches using the thermo-optic effect have had the problem that the interference is transmitted to the optical switch, causing malfunction of adjacent optical switches, that is, mutual interference (crosstalk) occurs.

しかし、本発明による分離光導波路を用いて、その薄膜
ヒータによる位相器を利用した光スィッチでは、上述の
従来の問題点は最小限に抑制される。実際、第3図の構
成で、任意の薄膜ヒータに通電して切替動作を行ない、
隣接する光スィッチを同時に通過している信号光の強度
変化を観察したところ、強度変化は0.1%以下であっ
た。これに対して、第3図の実施例と同規模であるが、
ただし従来例と同様の構成で分離光導波路部のない光ス
イツチ列を形成したところ、数%の強度変化が観察され
、実用上不都合であった。
However, in the optical switch using the separated optical waveguide according to the present invention and the phase shifter using the thin film heater, the above-mentioned conventional problems are suppressed to a minimum. In fact, with the configuration shown in Figure 3, a switching operation is performed by energizing an arbitrary thin film heater.
When the intensity change of signal lights passing through adjacent optical switches at the same time was observed, the intensity change was less than 0.1%. On the other hand, although the scale is the same as that of the embodiment shown in FIG.
However, when an optical switch array without a separated optical waveguide section was formed with the same configuration as the conventional example, a change in intensity of several percent was observed, which was inconvenient in practice.

本実施例の構成では、従来例の構成に比べて、約1桁の
低消費電力化が達成されており、消費電力の低減が、ク
ロストークの低減に貢献していることも見逃せない点で
ある。
The configuration of this example achieves approximately one order of magnitude lower power consumption than the conventional configuration, and it cannot be overlooked that the reduction in power consumption contributes to the reduction of crosstalk. be.

以上の実施例では、シリコン基板除去領域12において
コア部2はシリコン基板1から完全に分離されていたが
、次の実施例に示すように、必ずしも完全に分離しなく
とも本発明の目的を達成することができる。
In the above embodiment, the core part 2 was completely separated from the silicon substrate 1 in the silicon substrate removal region 12, but as shown in the next embodiment, the object of the present invention can be achieved even if the core part 2 is not completely separated. can do.

実施例4 第4図は、本発明の第4の実施例の構成を示す断面図で
ある。第1図に示した実施例1との相違点は、分離光導
波路部13の下部のシリコン基板除去領域12のシリコ
ン基板分離が完全ではなく、連結部51を残している点
である。本例においても、シリコン基板除去領域12に
より、加熱された光導波路部13から基板1への熱伝導
を抑制するように構成する。
Embodiment 4 FIG. 4 is a sectional view showing the configuration of a fourth embodiment of the present invention. The difference from Example 1 shown in FIG. 1 is that the silicon substrate in the silicon substrate removed region 12 below the separated optical waveguide section 13 is not completely separated, leaving a connecting section 51. In this example as well, the silicon substrate removed region 12 is configured to suppress heat conduction from the heated optical waveguide section 13 to the substrate 1.

一例として、分離光導波路部13の幅は約60μm、連
結部51の幅は最も狭い所で約20μmとした。このよ
うな構造はクラッド層3の一部分をC2F8ガスを主な
エツチングガスとする反応性イオンエツチングにより除
去して溝11aおよびllbを形成した後、エツチング
ガスをSF6に変えてシリコン基板1をいわゆるアンダ
ーカット気味にドライエツチングすることにより作製し
た。
As an example, the width of the separated optical waveguide portion 13 was approximately 60 μm, and the width of the connecting portion 51 was approximately 20 μm at its narrowest point. In such a structure, a part of the cladding layer 3 is removed by reactive ion etching using C2F8 gas as the main etching gas to form grooves 11a and llb, and then the etching gas is changed to SF6 to form a so-called under-etching layer on the silicon substrate 1. It was made by dry etching with a slight cut.

本実施例では、実施例1に比較して、連結部51を残し
ているものの、連結部51の幅が比較的狭いため、第5
図に示した従来構造に比べて、シリコン基板1への熱伝
導はわずかであり、1桁近い消費電力の低減が達成され
た。第1図に示した実施例1に比べて、消費電力やクロ
ストークの低減面で若干化ることは事実であるが、反面
、連結部51を残しているために、分離光導波路部13
の機械的強度を保つことが容易であり、機械振動が加わ
る環境下での使用にも耐える利点がある。
In this embodiment, compared to the first embodiment, although the connecting portion 51 remains, the width of the connecting portion 51 is relatively narrow.
Compared to the conventional structure shown in the figure, heat conduction to the silicon substrate 1 is slight, and a nearly one-digit reduction in power consumption has been achieved. It is true that power consumption and crosstalk are reduced slightly compared to Example 1 shown in FIG.
It has the advantage that it is easy to maintain its mechanical strength and can withstand use in environments where mechanical vibration is applied.

このように、本発明の実施にあたっては、応用分野に応
じて、完全分!!!l(実施例1)と不完全分離(実施
例4)を使いわけることができる。
In this way, the implementation of the present invention can be carried out in several different ways depending on the field of application. ! ! 1 (Example 1) and incomplete separation (Example 4) can be used.

なお、以上の実施例では、シリコン基板上の石英系ガラ
ス光導波路を例にとって本発明を説明したが、これは、
石英系ガラス光導波路が光ファイバとの整合性の点で実
用上有利なためである。しかし、本発明は、石英系ガラ
ス光導波路のみに限定されるものではなく、他のガラス
材料系、例えば窒化シリコンをコア部とする光導波路な
どにも適用できることはもちろんである。
In the above embodiments, the present invention was explained using a silica-based glass optical waveguide on a silicon substrate as an example.
This is because a silica-based glass optical waveguide is practically advantageous in terms of compatibility with optical fibers. However, the present invention is not limited only to silica-based glass optical waveguides, but can of course be applied to optical waveguides made of other glass materials, for example, silicon nitride as a core portion.

さらにまた、シリコン基板分離領域を形成するにあたっ
て、上記実施例では、クラッド層にあけた溝を介して、
シリコン基板の一部をエツチング除去する構成を示した
が、場合によっては、シリコン基板の裏面から所望領域
のシリコン基板をエツチングして除去する方法を採用す
ることもできることもちろんである。
Furthermore, in forming the silicon substrate isolation region, in the above embodiment,
Although a configuration in which a part of the silicon substrate is removed by etching has been shown, it is of course possible to adopt a method of etching and removing a desired area of the silicon substrate from the back surface of the silicon substrate depending on the case.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、光導波路の一部
分は基板から実質的に分離されており、その分離された
光導波路の上部に光路長を微調するためのヒータが設け
られているので、光導波路への加熱効率が良好であり、
したがって、消費電力が低く、しかも相互干渉(クロス
トーク)の小さい光導波路装置を提供できる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, a part of the optical waveguide is substantially separated from the substrate, and a heater for finely adjusting the optical path length is provided above the separated optical waveguide. Since the heating efficiency of the optical waveguide is good,
Therefore, it is possible to provide an optical waveguide device with low power consumption and low mutual interference (crosstalk).

さらにまた、本発明において、加熱された光導波路部か
ら基板への熱伝導を抑制するように構成する構造は上側
に限られず、たとえばシリコン基板除去領域に熱伝導の
低い材料によるスペーサを配置するなど、材料の点から
、加熱された光導波路部から基板への熱伝導を抑制する
ように構成することもできる。
Furthermore, in the present invention, the structure configured to suppress heat conduction from the heated optical waveguide section to the substrate is not limited to the upper side, but may include, for example, arranging a spacer made of a material with low thermal conductivity in the area where the silicon substrate is removed. From the viewpoint of materials, it is also possible to configure the optical waveguide to suppress heat conduction from the heated optical waveguide section to the substrate.

本発明光導波路装置は、ガラス光導波路にチューニング
やスイッチング機能を付与して、多種多様な導波形光部
品を提供する上で、きわめて有効である。
The optical waveguide device of the present invention is extremely effective in providing a wide variety of waveguide optical components by imparting tuning and switching functions to glass optical waveguides.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)および(b)は本発明の第1実施例の構成
を示す、それぞれ、平面図およびB−B’線断面図、 第2図(a) 、 (b)および(c)は本発明の第2
実施例の構成を示す、それぞれ、平面図、c−c’線断
面図およびD−D’線断面図、 第3図は本発明第3の実施例としての光スィッチの構成
を示す平面図、 第4図は本発明の第4実施例の構成を示す断面図、 第5図(a)および(b)は従来の光導波路の概略構成
を示す、それぞれ、平面図およびA−A’線断面図であ
る。 1・・・シリコン基板、 2・・・コア部、 3・・・クラッド層、 4・・・薄膜ヒータ、 11a、 llb・・−溝、 l2・・・シリコン基板除去領域、 13・・・分離光導波路部、 21a、21b、22a、22b、23a、23b −
−−溝、31aJ1b、32a、32b−・−ブリッジ
構造部、41a、41b、42a、42b、43a、4
3b、44a、44b =方向性結合器、 41c、41d、42c、42d、43c、43d、4
4c、44d・・・薄膜ヒータ付光導波路、 41e、41f、42e、42f、43e、43f、4
4e、44f ・・・入力端、 41g、41h、42g、42h、43g、43h、4
4g、44h・・・出力端、 51・・・連結部。 特許出願人  日本電信電話株式会社
FIGS. 1(a) and (b) are a plan view and a cross-sectional view taken along the line B-B', respectively, showing the configuration of a first embodiment of the present invention; FIGS. 2(a), (b), and (c) is the second aspect of the present invention.
A plan view, a sectional view taken along line CC', and a sectional view taken along line D-D', showing the configuration of the embodiment, respectively; FIG. 3 is a plan view showing the configuration of an optical switch as a third embodiment of the present invention; FIG. 4 is a sectional view showing the configuration of a fourth embodiment of the present invention, and FIGS. 5(a) and 5(b) are a plan view and a cross section taken along line A-A', respectively, showing the schematic configuration of a conventional optical waveguide. It is a diagram. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Silicon substrate, 2...Core part, 3...Clad layer, 4...Thin film heater, 11a, llb...-groove, l2...Silicon substrate removal area, 13...Separation Optical waveguide section, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b -
--Groove, 31aJ1b, 32a, 32b--Bridge structure, 41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 4
3b, 44a, 44b = directional coupler, 41c, 41d, 42c, 42d, 43c, 43d, 4
4c, 44d... Optical waveguide with thin film heater, 41e, 41f, 42e, 42f, 43e, 43f, 4
4e, 44f...Input end, 41g, 41h, 42g, 42h, 43g, 43h, 4
4g, 44h...Output end, 51...Connection part. Patent applicant Nippon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)基板と、コア部をクラッド層によって覆って前記基
板上に配設した光導波路とを具え、前記光導波路の一部
分の光路長を微調するための加熱体を前記クラッド層の
上に配設し、かつ前記加熱体により加熱された前記光導
波路から前記基板への熱伝導を抑制するように構成した
ことを特徴とする光導波路装置。 2)前記コア部および前記クラッド層を、それぞれ、S
iO_2を主成分とする石英系ガラスで構成したことを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光導波路装置。
[Scope of Claims] 1) A substrate and an optical waveguide disposed on the substrate with a core portion covered by a cladding layer, and a heating body for finely adjusting the optical path length of a portion of the optical waveguide is provided on the cladding layer. An optical waveguide device, characterized in that the optical waveguide device is arranged on a layer and configured to suppress heat conduction from the optical waveguide heated by the heating body to the substrate. 2) The core part and the cladding layer are each made of S.
The optical waveguide device according to claim 1, wherein the optical waveguide device is made of silica-based glass containing iO_2 as a main component.
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