(57)【要約】【課題】  ヒータ上に正確かつ簡単に光ファイバが配置できる薄膜ヒータを提供する。【解決手段】  本発明の薄膜ヒータ１０は、フォトリソグラフィー法によりパターン成形された感光性材料により形成された一対の突出壁からなる取付ガイド１４を、複数の薄膜抵抗体１２の両側に基板１１上より突出して備えるようにしている。この薄膜抵抗体１２は基板１１上に分割して形成されることとなるので、薄膜抵抗体１２が発生する熱により温度勾配を形成できるようになる。これにより、光ファイバを薄膜抵抗体１２の上に簡単かつ正確に位置決めすることが可能となり、薄膜抵抗体１２の上に隙間を生じることなく光ファイバを配設することが可能となって、薄膜抵抗体で生じた熱を正確に光ファイバに伝達できる薄膜ヒータを提供できるようになる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に分割して形成された薄膜抵抗体が発生する熱により温度勾配を形成できる薄膜ヒータであって、
前記薄膜抵抗体の上部に配置される光ファイバを保持するための取付ガイドを前記薄膜抵抗体の両側に備えるとともに、
前記取付ガイドはフォトリソグラフィー法によりパターン成形された感光性材料により前記基板上より突出して形成された一対の突出壁であることを特徴とする薄膜ヒータ。
【請求項２】
基板上に分割して形成された薄膜抵抗体が発生する熱により温度勾配を形成できる薄膜ヒータであって、
前記薄膜抵抗体の上部に配置される光ファイバを保持するための取付ガイドを前記薄膜抵抗体の両側に備えるとともに、
前記取付ガイドはフォトリソグラフィー法によりパターン成形された金属メッキ材料により前記基板上より突出して形成された一対の突出壁であることを特徴とする薄膜ヒータ。
【請求項３】
前記取付ガイドを構成する突出壁の高さは前記光ファイバの直径の１／６以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜ヒータ。
【請求項４】
前記取付ガイドを構成する突出壁の断面形状は長方形状、台形状、逆台形状あるいは長方形の底部の一角が内方に突出したフット部を備えた形状であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の薄膜ヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に分割して形成された薄膜抵抗体が発生する熱により温度勾配を形成できる薄膜ヒータに係り、特に、光ファイバ中を高速で伝送される光信号の分散補償などに用いられる薄膜ヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号には、波長によって伝送路を伝搬する速度が異なるという現象がある。これは、波長毎に伝送媒体の屈折率が異なることに起因する。光ファイバに代表される光伝送路では、光を伝送媒体内に閉じこめて伝送するため、波長の違いにより信号の伝搬速度に差が生じる。この波長毎の伝搬速度差を分散と呼び、遅延時間を波長の関数として示したときの微分で与えられる。分散は高速光伝送においては避けることのできない現象であり、伝送による信号波形の劣化を引き起こす要因となる。
【０００３】
このため、長距離伝送を行う場合には分散を補償することが不可欠となるが、このような技術は分散補償あるいは分散等化といわれている。分散補償用デバイスとしては、分散補償ファイバ（ＤＣＦ（Dispersion Compensation Fiber）；以下ではＤＣＦと称する）や微調整用の可変分散等化器が用いられる。ＤＣＦは伝送路中で生じる分散とは逆符号の分散量を有したファイバ形デバイスであり、伝送路中で生じる分散量に対してファイバ長を合わせて補償量を調整する。このとき、ＤＣＦの補償する分散量は固定値であるため、使用状況の変化に伴う小規模な分散量の変動に対しては、分散補償量を細かく制御できる可変式の分散等化器が用いられる。
【０００４】
ここで、ファイバグレーティング型の可変分散等化器について説明する。光ファイバのコア（光導波路）に、グレーティングと呼ばれるコア屈折率をブラッグ波長周期で変化させた回折格子を書き込む。ブラッグ波長（λＢ）とはグレーティングで反射する波長のことであり、グレーティングの間隔（Λ）、グレーティングの等価屈折率（Ｎｅｆｆ）より、λＢ=２・Ｎｅｆｆ・Λで表される。グレーティング形状は、間隔を光導波路の長手方向に線形に変化させたチャープドグレーティングとし、このときのブラッグ波長は光導波路の長手方向に対して１次関数的に分布する。
【０００５】
これは各ブラッグ波長に対応した光の反射点が導波路の長手方向に１次関数的に分布していることと等価であり、その反射点までの距離に応じて遅延時間が決まるため、遅延量は波長の１次関数として表される。この原理を利用して、伝送路中の遅延時間が小さい波長には、グレーティング中の反射点までの距離を長く与え、遅延時間が大きい波長には、グレーティング中の反射点までの距離を短く与え、その間の波長域には遅延量を線形に与えることで、各波長における分散量を一定にすることができる。
【０００６】
また、光導波路の屈折率は温度の関数でもあるため、グレーティングの等価屈折率（Ｎｅｆｆ）も温度の関数になる。そのためグレーティングの温度を変化させてＮｅｆｆを変えることで、グレーティング中の反射点までの距離を制御することができる。この原理により、グレーティング部に温度差ΔＴとなる温度勾配を与えると、グレーティング中の反射点までの距離が温度に対して線形に変化するため分散量が変わる。
【０００７】
つまり、グレーティングに温度勾配を与えて、温度差ΔＴを可変することで分散量の制御が可能となり、可変の分散補償が実現できる。なお、可変の分散補償における理想的な温度勾配は、グレーティング全長において温度変化率が一定の直線勾配となることであり、複数個のヒータで制御する際の理想的なヒータは、ヒータ面積小、ヒータ数量大、ヒータ間の隙間極小であり、この理想に近いほど直線近似の温度勾配を得ることが可能となる。
【０００８】
そこで、特許文献１や特許文献２に示されるような分散等化器が提案されるようになった。これらの特許文献に記載された分散等化器においては、図１２に示すように、光ファイバ４２を載置する溝４１ａが設けられた基板４１の溝４１ａに沿ってヒータ４３を配置するようにしている。あるいは、図１３に示すように、ヒータ５４が設けられた基板５１と、光ファイバ５３に被さる溝５２ａが設けられた保持具（カバー）５２とを備え、光ファイバ５３を溝５２ａ内に保持させた後、光ファイバ５３とヒータ５４との位置決めを行って、光ファイバ５３をヒータ５４の上に固定するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−１６９０２９号公報
【特許文献２】特開２００２−１９６２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２に記載された分散等化器において、光ファイバ４２を載置する溝４１ａが設けられた基板４１の溝４１ａに沿ってヒータ４３を配置した場合には、図１２に示すように、光ファイバ４２とヒータ４３との間に隙間が発生するという問題を生じた。また、図１３に示すように、保持具（カバー）５２の溝５２ａ内に保持された光ファイバ５３を基板５１に設けられたヒータ５４の上に固定する場合には、保持具（カバー）５２を基板５１上に精度よく固定することが難しいため、ヒータ５４の上に正確に光ファイバ５３を固定することが困難であった。
【００１０】
このように、各ヒータ位置と光ファイバとの距離が不均一にばらつく場合、各ヒータの発熱量に応じた光ファイバの温度勾配が一定の傾きにならず、所望の分散量を得ることができなくなる。また、ヒータ位置に対して光ファイバ位置がずれて離れた状態では、ヒータ発熱量を過分に与えても光ファイバは必要温度に到達しないことも起こり得る。この際、ヒータ形状を拡大して光ファイバ搭載位置のずれを補える構造にすれば多少の改善もできるが、この場合には消費電力が増大して効率低下に繋がる。
【００１１】
また、基板に形成したヒータの幅を光ファイバ径より大きくして、ヒータ上に光ファイバを接着固定する方法を採用した場合、接着剤の硬化後にヒータ上から光ファイバがはみ出ていないことを確認する必要がある。そのためヒータが必要以上に大きくなり消費電力が増加するという問題が生じる。一方、低消費電力化のためにヒータ幅を狭くした場合は、光ファイバ位置がヒータ上からずれ易くなるため、接着剤硬化作業での歩留りが低下する。また、光ファイバとヒータとの接合状態が均一でない場合には、ヒータからの熱の伝わり方にバラツキが生じるため、分散補償精度の低下に繋がるという問題を生じることとなる。
【００１２】
そこで、本発明は上述したような問題点を解消するためになされものであって、ヒータ上に正確かつ簡単に光ファイバが配置できる薄膜ヒータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は温度勾配を形成できる薄膜ヒータであって、上記の如き目的を達成するため、薄膜抵抗体の上部に配置される光ファイバを保持するための取付ガイドを薄膜抵抗体の両側に備えるとともに、取付ガイドはフォトリソグラフィー法によりパターン成形された感光性材料により基板上より突出して形成された一対の突出壁であることを特徴とする。
【００１４】
ここで、薄膜抵抗体の両側に基板上より突出して形成された一対の突出壁よりなる取付ガイドを備えるようにすると、光ファイバを薄膜抵抗体の上に簡単かつ正確に位置決めすることが可能となる。そして、取付ガイドはフォトリソグラフィー法によりパターン成形された感光性材料により形成されているので、取付ガイドを薄膜抵抗体の両側に正確に位置決めされて形成されることとなる。これにより、薄膜抵抗体の上に隙間を生じることなく光ファイバを配設することが可能となるので、薄膜抵抗体で生じた熱を正確に光ファイバに伝達できる薄膜ヒータを提供できるようになる。
【００１５】
なお、取付ガイドをメッキ材料により形成された一対の突出壁により形成するようにしてもよい。また、取付ガイドを構成する突出壁の高さが低くすぎると光ファイバをこのガイドで保持することが難しくなるので、取付ガイドを構成する突出壁の高さは光ファイバの直径の１／６以上とするのが望ましい。この場合、取付ガイドを構成する突出壁の断面形状は長方形状、台形状、逆台形状あるいは長方形の底部の１角が内方に突出したフット部を備えた形状にするのが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ついで、本発明の一実施の形態を図１〜図１１に基づいて説明する。なお、図１は本発明の薄膜ヒータを模式的に示す図であり、図１（ａ）は上面図を示し、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。図２は図１の薄膜ヒータに光ファイバを装着して形成された可変分散等化器を模式的に示す図であり、図２（ａ）は上面図を示し、図２（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。図３は取付ガイドとなる突出壁の断面形状の具体例を模式的に示す断面図であり、図３（ａ）は第１例を示す図であり、図３（ｂ）は第２例を示す図であり、図３（ｃ）は第３例を示す図であり、図３（ｄ）は第４例を示す図である。なお、図４〜図１１は、薄膜ヒータ１０の作製方法を模式的に示す図であって、詳細は後述する。
【００１７】
１．薄膜ヒータ
本実施の形態の薄膜ヒータ１０は、図１に示すように、基板１１上に一直線状に形成された複数の薄膜抵抗体１２と、この薄膜抵抗体１２の両側に基板１１より突出して形成された一対の突出壁からなる取付ガイド１４，１４とから構成される。そして、薄膜抵抗体１２の両側には、これに電気的に接続された一対の電極パッド１３，１３が形成されている。また、一対の突出壁からなる取付ガイド１４，１４はフォトレジスト等の感光性材料によりフォトリソグラフィー法によりパターン形成されている。
【００１８】
ここで、基板１１は、例えば厚みが１ｍｍの石英板などの絶縁体により形成されている。また、各薄膜抵抗体１２は、基板１１上に所定形状となるようにスパッタリングにより形成されたＴａ2ＮやＮｉＣｒなどの合金の皮膜（例えば、膜厚は１μｍ以上である）である。また、各電極パッド１３，１３は、基板１１上に所定形状となるようにスパッタリングにより形成されたＣｕ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜などの多層膜により形成されており、薄膜抵抗体１２の両側に電気的に接続されるように形成されている。
【００１９】
また、一対の突出壁からなる取付ガイド１４，１４はフォトレジスト等の感光性材料によりフォトリソグラフィー法によりパターン形成されていて、薄膜抵抗体１２の両側の所定の位置に正確に配設されている。なお、突出壁からなる取付ガイド１４の高さは、光ファイバ（例えば、直径が１２０μｍのもの）の直径の１／６以上（例えば、２０μｍ以上）になるように形成されている。これは、突出壁からなる取付ガイド１４の高さが光ファイバの直径の１／６未満であると、この突出壁からなる取付ガイド１４内に光ファイバを配置した際に光ファイバを保持することができないためである。
【００２０】
この場合、一対の突出壁からなる取付ガイド１４，１４としては、図３（ａ）に示すように、垂直断面形状が長方形状の突出壁１４−１ａ，１４−１ｂとしたり、図３（ｂ）に示すように、垂直断面形状が逆テーパ状の突出壁１４−２ａ，１４−２ｂとしたり、図３（ｃ）に示すように、垂直断面形状が順テーパ状の突出壁１４−３ａ，１４−３ｂとしたり、図３（ｄ）に示すように、垂直断面形状が略長方形状で基板１１との境界部分が内方に突出したフット部α，βが形成された突出壁１４−４ａ，１４−４ｂとしてもよい。
【００２１】
取付ガイド１４の材料としては、上述したフォトレジスト等の感光性材料に代えて金属を用いるようにしてもよい。この場合、フォトリソグラフィー法により薄膜抵抗体１２の両側に突出壁からなる取付ガイド１４が形成されるようにフォトレジストをパターニングした後、突出壁が形成される部分を金属メッキを施し、さらに、フォトレジストを除去するようにすればよい。
【００２２】
なお、上述のように構成される薄膜ヒータ１０の一対の突出壁からなる取付ガイド１４内に、図２に示すように、グレーティング（図示せず）が形成された光ファイバ１５を固定することにより、可変分散等化器１０ａが形成されることとなる。そして、一対の各電極パッド１３，１３にリード線をそれぞれ接続し、接続されたリード線を図示しない電源の各端子に接続して、各薄膜抵抗体１２に流れる電流値（例えば、パルス電流の印加時間）を調整することにより、薄膜抵抗体１２に温度勾配を形成することができるようになる。これにより、グレーティングに温度勾配を与えて、温度差ΔＴを可変することで分散量の制御が可能となり、可変の分散補償が実現できる。
【００２３】
２．薄膜ヒータの作製
ついで、上述のような構成となる薄膜ヒータ１０の作製方法について、図４〜図１１の模式図に基づいて以下に説明する。なお、図４は第１工程を示し、図４（ａ）は上面図を示し、図４（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。図５は第２工程を示し、図５（ａ）は上面図を示し、図５（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。図６は第３工程を示し、図６（ａ）は上面図を示し、図６（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。図７は第４工程を示し、図７（ａ）は上面図を示し、図７（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図であり、図７（ｃ）は図７（ｂ）のＢ部を拡大して示す拡大断面図である。
【００２４】
図８は第５工程を示し、図８（ａ）は上面図を示し、図８（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。図９は第６工程を示し、図９（ａ）は上面図を示し、図９（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。図１０は第７工程を示し、図１０（ａ）は上面図を示し、図１０（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。図１１は第８工程を示し、図１１（ａ）は上面図を示し、図１１（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【００２５】
まず、図４（ａ）（ｂ）に示すように、石英基板（例えば、厚みが１ｍｍで、幅及び長さが７６．２ｍｍのもの）１１を準備する。ついで、この石英基板１１の表面にＴａ2Ｎ，ＮｉＣｒ等をスパッタリングにより被着させて皮膜を形成した。これにより、図５（ａ）（ｂ）に示すように、石英基板１１の表面に薄膜抵抗体膜（ヒータ膜）１２ａが成膜されることとなる。ついで、この薄膜抵抗体膜１２ａの上にレジストを塗布した後、図６（ａ）（ｂ）に示すように、薄膜抵抗体膜１２ａが所定のヒータパターンとなるように、塗布したレジストを所定のパターンにカットした。この後、エッチングにより余分な薄膜抵抗体膜１２ａを除去した後に、レジストも除去した。
【００２６】
これにより、図６（ａ）（ｂ）に示すように、石英基板１１の表面に被着した薄膜抵抗体膜１２ａが所定のヒータパターンとなるように薄膜抵抗体１２が形成されることとなる。ついで、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、これらの全面上にＣｒおよびＣｕを順次スパッタリングにより被着させて、電極パッドメッキ用下地膜１３ａを形成した。これにより、図７（ｃ）に拡大して示すように、石英基板１１の表面に電極パッドメッキ用下地膜１３ａが形成されるとともに、石英基板１１の表面に被着した薄膜抵抗体１２の上にも電極パッドメッキ用下地膜１３ａが形成されることとなる。
【００２７】
ついで、これらの全面上にレジストを塗布した後、所定の電極パッドパターンが形成されるようにレジストをカットした。この後、これをメッキ槽に浸漬して、パッドメッキ用下地膜１３ａの上に、順次、銅（Ｃｕ）メッキ、ニッケル（Ｎｉ）メッキ、金（Ａｕ）メッキ処理を施した。ついで、パッドメッキ用下地膜１３ａの不要部をエッチングにより除去（なお、このときに薄膜抵抗体１２の上に形成された電極パッドメッキ用下地膜１３ａも除去される）した後、レジストを除去した。これにより、図８（ａ）（ｂ）に示すように、下地膜１３ａの上に電極パッド１３が形成されることとなる。
【００２８】
ついで、図９（ａ）（ｂ）に示すように、これらの全面上にレジスト１４ａを塗布した後、このレジスト１４ａにガイドパターンが形成されるようにレジスト１４ａをカットした。これにより、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、レジスト１４ａがガイドパターンにカットされて、薄膜抵抗体１２の両側に石英基板１１より突出した取付ガイド１４，１４が形成されることとなる。そして、これらの取付ガイド１４，１４の外側には、薄膜抵抗体１２に電気的に接続された電極パッド１３が形成されている。
【００２９】
ついで、この基板１１を所定寸法（この例の場合は３等分されるように）に切断することにより、図１１（ａ）（ｂ）に示すような薄膜ヒータ１０が形成されることとなる。即ち、基板１１上に温度勾配が形成できる薄膜抵抗体１２，１２，１２，１２が形成されており、これらの各薄膜抵抗体１２，１２，１２，１２の両側に、薄膜抵抗体１２に電気的に接続された電極パッド１３，１３が形成された薄膜ヒータ１０が形成されることとなる。
【００３０】
そして、上述のように構成される薄膜ヒータ１０の一対の突出壁からなる取付ガイド１４内に、図２に示すように、グレーティング（図示せず）が形成された光ファイバ１５を固着することにより、可変分散等化器１０ａが形成されることとなる。この場合、一対の各電極パッド１３，１３にリード線をそれぞれ接続し、接続されたリード線を図示しない電源の各端子に接続して、各薄膜抵抗体１２，１２，１２，１２に流れる電流値（例えば、パルス電流の印加時間）を調整することにより、複数の薄膜抵抗体１２に温度勾配を形成することができるようになる。これにより、グレーティングに温度勾配を与えて、温度差ΔＴを可変することで分散量の制御が可能となり、可変の分散補償が実現できる。
【００３１】
上述したように、本発明においては、例えば、図２に示すように、薄膜抵抗体１２の両側に基板１１上より突出して形成された一対の突出壁よりなる取付ガイド１４，１４を備えているので、光ファイバ１５を薄膜抵抗体１２の上に簡単かつ正確に位置決めすることが可能となる。そして、取付ガイド１４はフォトリソグラフィー法によりパターン成形された感光性材料により形成されているので、取付ガイド１４を薄膜抵抗体１２の上に正確に位置決めされて形成されることとなる。これにより、薄膜抵抗体１２の上に隙間を生じることなく光ファイバ１５を配設することが可能となるので、薄膜抵抗体１２で生じた熱を正確に光ファイバ１５に伝達できる薄膜ヒータ１０を提供できるようになる。
【００３２】
なお、上述した実施の形態においては、１列に４個の薄膜抵抗体を配設する例について説明したが、これに限定されるものではなく、薄膜抵抗体としては、ヒータ面積が小で、ヒータ数が大で、ヒータ間の隙間が小さいほど、直線近似の温度勾配を得ることが可能となるので好ましい。また、上述した実施の形態においては、取付ガイドをレジスト（感光性材料）により形成する例について説明したが、これに限定されるものではなく、取付ガイドを金属からなるメッキ材料により形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の薄膜ヒータを模式的に示す図であり、図１（ａ）は上面図を示し、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図２】図１の薄膜ヒータに光ファイバを装着して形成された可変光分散等化器を模式的に示す図であり、図２（ａ）は上面図を示し、図２（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図３】取付ガイドとなる突出壁の断面形状の具体例を模式的に示す断面図であり、図３（ａ）は第１例を示す図であり、図３（ｂ）は第２例を示す図であり、図３（ｃ）は第３例を示す図であり、図３（ｄ）は第４例を示す図である。
【図４】図１の薄膜ヒータを作製するための第１工程を示し、図４（ａ）は上面図を示し、図４（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図５】図１の薄膜ヒータを作製するための第２工程を示し、図５（ａ）は上面図を示し、図５（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図６】図１の薄膜ヒータを作製するための第３工程を示し、図６（ａ）は上面図を示し、図６（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図７】図１の薄膜ヒータを作製するための第４工程を示し、図７（ａ）は上面図を示し、図７（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図であり、図７（ｃ）は図７（ｂ）のＢ部を拡大して示す断面図である。
【図８】図１の薄膜ヒータを作製するための第５工程を示し、図８（ａ）は上面図を示し、図８（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図９】図１の薄膜ヒータを作製するための第６工程を示し、図９（ａ）は上面図を示し、図９（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図１０】図１の薄膜ヒータを作製するための第７工程を示し、図１０（ａ）は上面図を示し、図１０（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図１１】図１の薄膜ヒータを作製するための第８工程を示し、図１１（ａ）は上面図を示し、図１１（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図１２】従来例の薄膜ヒータを備えた可変分散等価器を模式的に示す図であり、図１２（ａ）は上面図を示し、図１２（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図１３】他の従来例の薄膜ヒータを備えた可変分散等価器を模式的に示す図であり、図１３（ａ）は上面図を示し、図１３（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…薄膜ヒータ、１０ａ…可変分散等化器、１１…石英基板、１２…薄膜抵抗体、１２ａ…薄膜抵抗体膜、１３ａ…パッドメッキ用下地膜、１４…取付ガイド、１４ａ…レジスト、１５…光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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