专利名称：波导型可变光衰减器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在光通信领域广泛应用的波导型可变光衰减器。
背景技术：
一般，在光通信领域，广泛使用波导型可变光衰减器作为使光衰减用的光波导。
以前，对于这种波导型可变光衰减器，提出了图10(a)及图10(b)所示的方案(参照专利文献1—日本特开2003-84252号公报)。用图10(a)及图10(b)对该波导型可变光衰减器进行说明时，在图10(a)及图10(b)中，用符号91表示的波导型可变光衰减器(波导型光器件)的构成是，用以预定的间隔并列的输入侧Y分支波导92、输出侧Y分支波导93及连接这两个Y分支波导92、93的两个支路波导94、95形成马赫策德尔型光干涉系统，同时形成用于加热该干涉系统的支路波导94、95中的一个支路波导94的成为移相器的加热器96及用于对该加热器96施加电压的电极97、98，而且在两支路波导94、95间形成不把加热器的热传给支路波导95的凹槽99。
在这样的波导型可变光衰减器91中，对加热器96施加电压时，加热支路波导94，使该支路波导94的折射率变化。因此，在两支路波导94、95中传送的传送光，由于附有虚光程差(因热光学效应引起的传送光的相位变化)，因而可使对加热器96施加的电压变化而能任意地控制光信号的强度。
另外，如图11所示，对现有的波导型可变光衰减器(光转换器)100提出了包括以下部分的方案除去一部分而被埋设在基片101内的波导102，通过缓冲层103配置在基片101上以覆盖该波导102的加热器104，覆盖该加热器104的绝缘层105和配置在与加热器104对应的区域的散热用突起106(参照专利文献2—日本特许第2687362号公报)。
在这样的波导型可变光衰减器中，加热器104在ON状态发生的加热器热在OFF状态从散热用突起106强制性地散发，因此可得到能进行高速转换的光转换元件。
但是，在把这种波导型可变光衰减器用作光通信用器件的情况下，作为其响应时间，要求相当短的响应时间(10msec以下)。
然而，在前者(专利文献1)的情况下，由于仅用加热器96加热两个支路波导94、95中的一个支路波导94，所以不能得到所希望的响应时间。
另一方面，在后者(专利文献2)的情况下，由于是通过散热用突起106从散热用突起106散发从加热器104产生的热，从而实现作为光转换器的高速化，并仅用加热器104加热光波导102，因而，这种情况也与专利文献1所示的波导型可变光衰减器同样不能得到所希望的响应时间。
因此，本发明的发明人开始对使用了光干涉系统的波导型可变光衰减器提高响应时间的课题进行研究后发现若在该过程中对两个支路波导进行热连接，则能缩短从开始向加热器施加电压直到达到预定的光衰减量(两个支路波导间的温度差达到预定的温度差)的时间。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能缩短从开始向加热器施加电压直到达到预定的光衰减量的时间，从而能得到所希望的响应时间的波导型可变光衰减器及其制造方法。
为了达到上述目的，本发明的波导型可变光衰减器的技术方案如下(1)，本发明的波导型可变光衰减器，具有用于形成光信号传送用的波导的基片；配置在上述基片表面上、由构成上述波导的一部分的两条支路波导及覆盖上述支路波导和上述基片表面的包层构成的波导元件；配置在上述波导元件表面上并用于加热上述支路波导的加热器，其特征是，对上述两条支路波导进行热连接。
(2)，本发明的波导型可变光衰减器，具有用于形成光信号传送用的波导的基片；配置在上述基片表面上、由构成上述波导的一部分的两条支路波导及覆盖上述支路波导和上述基片表面的包层构成的波导元件；配置在上述波导元件表面上并用于加热上述支路波导的加热器，其特征是，以与其光学特性相互受到影响的间隔大致相同程度或其以上的间隔，配置上述两条支路波导的间隔的最大部分。
(3)，本发明的波导型可变光衰减器，具有用于形成光信号传送用的波导的基片；配置在上述基片表面上、由构成上述波导的一部分的两条支路波导及覆盖上述支路波导和上述基片表面的包层构成的波导元件；配置在上述波导元件表面上并用于加热上述支路波导的加热器，其特征是，上述两条支路波导覆盖上述加热器的同时，利用配置在上述支路波导元件表面的高导热性构件进行热连接。
若使用本发明，能缩短从开始向加热器施加电压直到达到预定的光衰减的时间，能得到所希望的响应时间。
图1是为了说明本发明实施例的波导型可变光衰减器所表示的俯视图。
图2是图1的A-A剖面图。
图3是表示本发明实施例的波导型可变光衰减器的支路波导的加热器通电时温度分布的曲线图。
图4(a)及图4(b)是为了说明关于本发明实施例的波导型可变光衰减器的热响应，并置换成等效电路的情况下所表示的俯视图和等效电路图。
图5是表示本发明实施例的波导型可变光衰减器的光损失和响应时间的关系的曲线图。
图6是表示在本发明实施例的波导型可变光衰减器中所使用的高导热性构件的导热率和响应时间的关系的曲线图。
图7是为了说明本发明实施例的波导型可变光衰减器的变形例(1)所表示的剖面图。
图8是为了说明本发明实施例的波导型可变光衰减器的变形例(2)所表示的俯视图。
图9是为了说明本发明实施例的波导型可变光衰减器的变形例(3)所表示的俯视图。
图10(a)及图10(b)是为了说明现有的波导型可变光衰减器(1)所表示的俯视图及其B-B剖面图。
图11是为了说明现有的波导型可变光衰减器(2)所表示的立体图。
具体实施例方式
实施例1图1是为了说明本发明实施例的波导型可变光衰减器所表示的俯视图。
图2是图1的A-A剖面图。
下面，首先说明波导型可变光衰减器的总体结构。
在图1及图2中，用符号1表示的波导型可变光衰减器大致由用于形成光信号传送用的波导9的基片2，由波导9及包层8构成的光波导元件3，成为移相器的加热器(理想的是薄膜加热器)4，供应电压用的电极5、6和作为高导热性构件的小片7构成。
基片2的结构如下基片2的结构为，整体由石英制的矩形片制成，在其上面安装了光波导元件3及加热器4，电极5、6，小片7。
光波导元件3的结构如下如图1及图2所示，光波导元件3由包层8及波导9(心线直径为8μm)组成，并配置在基片2上。包层8的结构为由SiO2膜制成，并覆盖波导9。波导9由具有以预定间隔相互并列的输入侧Y分支波导9A和输出侧Y分支波导9B及连接这两个Y分支波导9A、9B的两条支路波导9C·9D的马赫策德尔型光干涉计构成，用比折射率差是0.3％的渗杂Ge的SiO2层形成。两支路波导9C、9D间的中央部位之间的尺寸L(参照图9)的配置，使其具有与其光学特性相互受到影响(例如，光耦合)的间隔相同程度或其以上的间隔。这里，两支路波导9C、9D间的中央部位之间的尺寸L设定为两支路波导间尺寸中的最大尺寸。
加热器4的结构如下如图1及图2所示，加热器4的结构为，配置在包层8上，覆盖并加热支路波导9C、9D中例如一个支路波导9C的中央部位。加热器4的电阻值被设定在300Ω左右。加热器4也可以做成覆盖并加热另一个支路波导9D的中央部位的结构，以代替覆盖并加热一个支路波导9C的中央部位。
电极5、6的结构如下如图1所示，电极5、6被配置在包层8上，并且与加热器4连接。而且，做成对加热器4供给电源电压的结构。
小片7的结构如下如图1及图2所示，小片7用粘结剂10配置(粘结)在包层8上并将加热器4夹在其间，并且，配置在跨越两支路波导9C、9D的周边区域(覆盖两支路波导9C、9D及这两个支路波导9C、9D之间的区域)的位置，用导热率为160W/mK的由Si(硅)构成的平面矩形状的高导热性构件制成。而且，做成热连接两支路波导9C、9D，以缩短波导型可变光衰减器1的响应时间的结构。小片7的平面尺寸(纵横尺寸)被设定成能覆盖支路波导9C、9D的中央部位及加热器4的纵横尺寸(例如，纵向39.6mm横向5.6mm)。小片7的厚度被设定为能有效地进行两支路波导9C、9D间的热传导的足够尺寸(例如，1mm)。
此外，作为小片7的材料，除Si外，也可以使用具有比SiO2(石英玻璃)的导热率1.3W/mK高得多的导热率的Al(铝导热率237W/mK)和Cu(铜导热率401W/mK)。另外，作为粘结剂10，虽可以使用导热率比较高的硅酮树脂润滑脂(1.1W/mK)，但只要是能与小片7和包层8粘结的材料，也可以是其他材料。
其次，说明本发明实施例的波导型可变光衰减器1的制造方法。
首先，在基片2上用CVD(化学气相成长法)形成成为波导9的渗杂Ge的SiO2膜。接着，用光刻法技术等在渗杂Ge的SiO2膜上形成波导9(马赫策德尔型光干涉计)的图案后，用RIE(反应性离子蚀刻)等的蚀刻技术形成波导9。而且，用CVD等的成膜技术，在波导9上形成成为包层8的SiO2膜。然后，用光刻法及RIE等的半导体制造技术，在包层8上形成加热器4及电极5、6后，用粘结剂10粘结Si制的小片7，以使其覆盖加热器4及电极5、6的一部分和支路波导9C、9D的中央部位上方。
下面，参照图3及图4并用等效电路对决定用本实施例的马赫策德尔型光干涉电路的波导型可变光衰减器1的响应时间的传热机理(热响应)进行讨论。
图3是表示本发明实施例的波导型可变光衰减器的支路波导(图1的A-A线附近)的加热器通电时的温度分布的曲线图。T3是对加热器4未通电时(加热器4非通电时)的支路波导9C、9D的温度，一般是环境气体温度(Ta)。在加热器通电时，由于通过小片7也传热给支路波导9D，当设支路波导9D的温度为T2时，则温度为T2＞T3。由于支路波导9C被配置在加热器4的正下方附近，当设支路波导9C的加热器通电时的温度为T1时，则为T1＞T2＞T3。本波导型可变光衰减器利用该温度差(T1-T2)使光衰减。而且，由于是T2＞T3，所以能进行高速转换。
图4是用于说明关于本发明实施例的波导型可变光衰减器的热响应，置换成等效电路的情况所表示的图。图4(a)是波导型可变光衰减器的剖视图，图4(b)是其等效电路图。
如图4所示，两条支路波导9C、9D间的温度差在等效电路图中能置换成电位差V12。
加热器4由于能根据从电源来的电压供给特定的热量，所以能把该特定热量置换成电流为I的电源。因此，波导型可变光衰减器1的消耗电力与等效电路的电流I成比例。
支路波导9C仅以本身的热容量部分吸收从加热器4来的热量，按照导热率将未被吸收的热量散发到支路波导9D(心线)的周边区域(包含心线的区域)。因此，可以把两支路波导9C、9D间的体积具有的热容量置换成静电容量为C的电容器，而将未被支路波导9C吸收的热量散发到支路波导9D(心线)的周边区域(包含心线的区域)时的热电阻(与导热率相应的值)置换成电阻R。
这里，波导型光干涉电路的热响应，能置换成将电源(电流I)连接到支路波导9C，将电容器C和电阻R并联连接到两支路波导9C、9D间的等效电路。
关于波导型可变光衰减器1的响应时间，由于光的衰减输出由两支路波导9C、9D间的温度差决定，所以在上述的等效电路中，能用将支路波导9D作为「0」电位时的支路波导9C的电位差V12的过渡响应特性进行置换。
根据过渡响应的理论，求电位差V12的响应时，用下式表示。
V12(t)＝IR{1-exp(-t/τ)} 式中，τ＝RC这里，τ是次常数，等于直到V12达到最终值的63.2％的值的时间。
因此，使τ(＝RC)的值变小，等于在等效电路中缩短V12的响应时间。缩短V12的响应时间，等于在波导型可变光衰减器1的两支路波导9C、9D间缩短附加温度差的时间。即，为了缩短波导型可变光衰减器1的响应时间，只要使两支路波导9C、9D间的热的距离(热电阻)变小即可。
V12的响应时间用τ＝RC表示。
另一方面，光衰减器的消耗电力用消耗电流I＝V12/R表示。
从上述2式可知，τI＝V12C(V12是由设计决定的常数)τI是响应时间和消耗电力的积的值，因而，为了减小响应时间及消耗电力，只要减小热容量C即可。
在本发明中，由于能减小支路波导9C、9D间的热的距离(热电阻)和热容量C，所以能缩短光衰减器的响应时间。而且，还能同时降低消耗电力。
因此，在本实施例中，为了缩短波导型可变光衰减器1的响应时间，可用通过由高导热性构件(Si)构成的小片7将两支路波导9C、9D进行热连接。
下面，对用导热率相互不同的高导热性构件的波导型可变光衰减器和不用高导热性构件的波导型可变光衰减器的响应时间进行比较讨论。
准备作为高导热性构件使用了各导热率相互不同的Si小片或Al小片或Cu小片的波导型可变光衰减器和现有(不用高导热性构件)的波导型可变光衰减器，对这些波导型可变光衰减器的加热器施加电压，每隔预定时间测定光波导输出。
其结果，若将各光波导输出达到90％的时间作为各波导型可变光衰减器的响应时间，相对于现有的波导型可变光衰减器的响应时间是30msec，则作为高导热性构件使用了Si小片或Al小片或Cu小片的波导型可变光衰减器的响应时间分别是约8msec，约2.5msec，约2.0msec。
因而，与不用高导热性构件的波导型可变光衰减器的响应时间相比，可以确认可以缩短使用了高导热性构件的波导型可变光衰减器的响应时间，并且，在使用了高导热性构件的波导型可变光衰减器中，高导热性构件的导热率越高越能缩短响应时间。这正如图5的曲线(纵轴表示标准化的光输出(无单位)，横轴表示响应时间(msec))所示。
另外，以下所示的事实得到确认。即，在波导型可变光衰减器中，在使用了导热率α具有比500W/mK大的导热率的高导热性构件的情况下，对其响应时间没有大的影响，另外，在使用了具有比100W/mK小的导热率的高导热性构件的情况下，其响应时间则在10msec以上，在实用上没有效果。
因而，理想的是高导热性构件的导热率α设定为在100W/mK≤α≤500W/mK的范围内的热膨胀率(作为高导热性构件的材料，即使使用α＞500W/mK的材料，也没有任何妨碍)。这正如图6的曲线(纵轴表示表示响应时间(msec)，横轴表示导热率(W/mK))所示。
若使用以上说明的实施例，则能得到以下所示的效果。
由于两条支路波导9C、9D分别通过作为高导热性构件的小片7相互进行热连接，因而能缩短从开始对加热器4施加电压直到达到预定的光衰减量的时间，能得到所希望的响应时间。
以上，虽然根据上述的实施例说明了本发明的波导型可变光衰减器，但本发明不限定于上述的实施例，在不脱离其宗旨的范围内能以各种方式进行实施，例如，也可以采用如下所示的变形。
(1)在本实施例中，虽然对使用粘结剂10将小片7粘结在包层8上的情况进行了说明，但本发明不限定于此，也可以如图7所示，在包层8上形成作为覆盖加热器4的由SiO2层构成的保护膜的电绝缘层61(厚度3μm)的同时，使用粘结剂10将小片7配置在该电绝缘层61上。这时，在电绝缘层61的厚度上加上粘结剂10的厚度的尺寸被设定成30μm以下的尺寸。作为粘结剂10，可只要是能与小片7和电绝缘层61粘结的材料即可。
(2)在本实施例中，虽然对把小片7配置在加热器4的上方，即覆盖两支路波导9C、9D及两支路波导9C、9D间的区域的位置的情况进行了说明，但本发明不限定于此，也可以如图8所示，把小片7配置在覆盖支路波导9C及该支路波导9C和支路波导9D附近位置之间的区域的位置上。即，总之，本发明只要是将加热器4产生的热传递到支路波导9D，只要是至少把小片7配置在覆盖加热器4的加热对象侧的支路波导的位置即可。
(3)在本实施例中，关于两支路波导9C、9D间的中央部位附近的间隔(间隙)L(参照图9)，理想的是配置在各支路波导9C、9D相互接近的位置。这时，为了降低热电阻，可以通过减小物理的距离来缩小热的距离，以代替使用高导热性构件来缩小热的距离。因此，如上述所示，由于可以在使两支路波导9C、9D间的热电阻R变小的同时，减小两支路波导9C、9D间的热容量C，从而，能缩短响应时间，降低消耗的电力。另外，在比折射率差是0.3％、心线直径是8μm的光波导元件的情况下，当两支路波导9C、9D间的间隔L比30μm小时，则由于因两支路波导9C、9D进行光耦合对光学特性造成的影响，所以间隔L的下限值可以达到30μm左右。另一方面，即使在现有的一般间隔为25μm左右的情况下，通过使用高导热性构件，也可以得到与间隔L＝30μm的情况相同程度的响应时间。
(4)在本实施例中，虽然对把小片7配置在支路波导9C、9D的上方的情况进行了说明，但本发明不限于此，即使把小片7配置在支路波导9C、9D的下方，也具有与实施例同样的效果。
权利要求
1.一种波导型可变光衰减器，具有用于形成光信号传送用的波导的基片；配置在上述基片表面上、由构成上述波导的一部分的两条支路波导及覆盖上述支路波导和上述基片表面的包层构成的波导元件；配置在上述波导元件表面上并用于加热上述支路波导的加热器，其特征在于对上述两条支路波导进行热连接。
2.一种波导型可变光衰减器，具有用于形成光信号传送用的波导的基片；配置在上述基片表面上、由构成上述波导的一部分的两条支路波导及覆盖上述支路波导和上述基片表面的包层构成的波导元件；配置在上述波导元件表面上并用于加热上述支路波导的加热器，其特征在于以与其光学特性相互受到影响的间隔大致相同程度或其以上的间隔，配置上述两条支路波导的间隔的最大部分。
3.一种波导型可变光衰减器，具有用于形成光信号传送用的波导的基片；配置在上述基片表面上、由构成上述波导的一部分的两条支路波导及覆盖上述支路波导和上述基片表面的包层构成的波导元件；配置在上述波导元件表面上并用于加热上述支路波导的加热器，其特征在于上述两条支路波导覆盖上述加热器的同时，利用配置在上述波导元件表面的高导热性构件进行热连接。
4.如权利要求1～3中任一项记载的波导型可变光衰减器，其特征在于在上述加热器的通电状态下，设上述两条支路波导中作为加热器附近的支路波导的一条支路波导的温度为T1，并设另一条支路波导的温度为T2；在上述加热器的非通电状态下，若设上述一条支路波导及上述另一条支路波导的温度为T3时，将温度T1，T2及T3设定为T1＞T2＞T3的温度。
5.如权利要求1～4中任一项记载的波导型可变光衰减器，其特征在于上述两条支路波导间的中央部位间的尺寸设定为在30μm≤L≤250μm的范围内的尺寸。
6.如权利要求1～5中任一项记载的波导型可变光衰减器，其特征在于上述基片由石英玻璃基片构成。
7.如权利要求3～6中任一项记载的波导型可变光衰减器，其特征在于上述高导热性构件的导热率α设定为在100W/mK≤α≤500W/mK的范围内的热膨胀率。
8.如权利要求3～7中任一项记载的波导型可变光衰减器，其特征在于上述高导热性构件配置在上述两条支路波导中上述加热器侧支路波导的上方，并进一步延伸到另一条支路波导附近的上述波导元件的表面。
9.如权利要求3～8中任一项记载的波导型可变光衰减器，其特征在于上述高导热性构件以将电绝缘层夹在中间的方式配置在上述波导元件的表面上，上述加热器被上述电绝缘层覆盖。
全文摘要
本发明提供一种能得到所希望的响应时间的波导型可变光衰减器。本发明的波导型可变光衰减器(1)具有用于形成光信号传送用的波导(9)的基片(2)，配置在基片(2)表面上、由构成波导(9)的一部分的两条支路波导(9C、9D)及覆盖支路波导(9C、9D)和基片(2)的表面的包层(8)构成的光波导元件(3)，配置在光波导元件(3)表面、用于加热支路波导(9C)的加热器(4)；并且，两条支路波导(9C、9D)进行热连接。
文档编号G02B6/12GK1936651SQ20061008014
公开日2007年3月28日 申请日期2006年5月9日 优先权日2005年9月21日
发明者田中康太郎, 北野延明, 阿部由纪雄, 驹野晴保 申请人:日立电线株式会社