(57)【要約】【課題】本発明は、複数の基板型光導波路部品を接触した状態で積層しても各基板型光導波路部品に導線を接続でき、これにより基板型光導波路部品を電気回路基板に実装する際、必要となる実装面積の省スペース化が可能な基板型光導波路部品、及び基板型光導波路部品積層体を提供する。【解決手段】本発明の基板型光導波路部品１は、コア３とコア３の周囲にコア３よりも屈折率の低い領域とを平面状に配置した基板型光導波路部品１であって、基板２の一方の面２１上に電極４が設けられ、かつ基板２の他方の面２３のうち、基板２を介して前記電極４と対向する部分から基板２の側端部２２にわたって切除部６が設けられた構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとコアの周囲にコアよりも屈折率の低い領域とを平面状に配置した基板型光導波路部品であって、
基板の一方の表面に１以上の電極が設けられ、他方の面には基板の一部が切り取られて切除部が形成されたことを特徴とする基板型光導波路部品。
【請求項２】
前記切除部が傾斜面をなしていることを特徴とする請求項１に記載の基板型光導波路部品。
【請求項３】
前記電極の一端が基板の同一の側端部に延び、かつ前記電極の一端が切除部側に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板型光導波路部品。
【請求項４】
前記切除部に絶縁性材料が被覆されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板型光導波路部品。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の基板型光導波路部品が複数積層され、その切除部が積層方向に対して整合するように配置されたことを特徴とする基板型光導波路部品積層体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光計測や光情報通信分野で用いられる基板型光導波路部品に関し、特に複数の基板型光導波路部品を必要最小限の空間に集約でき、基板型光導波路部品を電気回路基板に実装する際、必要となる実装面積及び体積の省スペース化が可能な基板型光導波路部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板型光導波路部品（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、以下、ＰＬＣ又は平面型光導波回路とも言う。）は、高分子材料や石英ガラス、ないしはチタン（Ｔｉ）拡散ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等からなるコアと、このコアの周囲にコアよりも屈折率の低い領域をもつ光導波路を、平面状ないしは複数の層からなる平面状に配置してなる。平面状に光導波路を配置するためにシリコン（Ｓｉ）や石英系ガラスの基板が多く用いられるが、これら以外に金属材料やシリコン以外の半導体材料、セラミックや多成分ガラス、樹脂などの基板が用いられることもある。この光導波路に更にヒータや櫛型電極等の電気回路を装荷することにより、光導波路を構成する材料の熱光学効果や電気光学効果を利用して、光の分岐、合波、波長分離・合成等のフィルタ機能を付与することが可能であり、光スイッチや可変光減衰器、可変光フィルタ、あるいは光変調器等として光情報通信分野で広く利用されている。
電気を用いて動作するＰＬＣ型デバイスとしては、光導波路となる高分子材料や石英ガラス等の屈折率が温度変化によって変化する性質（熱光学効果）を利用して、基板上にヒータと電極を設け、外部電源から電流の供給を制御して、光の分岐、合波、切り換え、可変光減衰、可変光フィルタリング等を行うものが数多く提案され、利用されている（特許文献１〜６参照。）。例えば、高分子材料からなる基板にＹ分岐を有するコアが形成され、このＹ分岐部の両側に薄膜ヒータなどが設けられたＰＬＣが挙げられる（特許文献１参照）。これは光スイッチとして利用されている。
また、高分子材料は大きな熱光学効果を有しており、この大きな熱光学効果を利用し、コアを伝搬する光の一部を放射モードに結合させるようにした可変光減衰器なども提案されている（特許文献２参照。）。
【０００３】
また、石英ガラス基板にコアが形成されたＰＬＣとしては、コアの経路がマッハツェンダ型干渉計回路となるように形成されたものが挙げられる（特許文献２，３参照。）。このＰＬＣは、複数のコアが並んで配置され、これらコアが結合された光分岐部及び光結合部を有し、この光分岐部と光結合部間のコア（以下、遅延アーム部と言う。）に、ヒータから構成された光位相シフタが設けられたものである。ヒータにより遅延アーム部の複数のコアに温度差をつくり遅延アーム部を伝搬する光に位相差を生じさせることによって、光結合部にて光が干渉して光強度が変化するようになっている。ヒータの発熱量を調整することによって、光の出力パワー比を調整でき、光スイッチや可変光減衰器として利用できる。
【０００４】
前述したＰＬＣを複数個用いたデバイスとしては、２入力２出力（２×２）型光スイッチとして利用できるＰＬＣがＮ個配置され、この入力側が分波器（ＤＭＵＸ：Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）に接続され、また出力側が合波器（ＭＵＸ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）に接続された光アドドロップモジュール（ＯＡＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ  Ｍｏｄｕｌｅ）が挙げられる（特許文献５参照。）。
また、前記コアの経路がマッハツェンダ型干渉計回路となるように形成されたＰＬＣをマトリクス状に配列し、Ｎ入力Ｎ出力（Ｎ×Ｎ）型光スイッチとしたもの等が挙げられる（特許文献６参照。）。
【０００５】
また上記の他、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の電界の印加により屈折率が変化する性質（電気光学効果）を持つ材料を用いて、櫛型電極に交流電圧を印加して表面弾性波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）を発生させて光導波路中を伝搬する光の一部を放射モードや近接する光導波路を伝搬するモードに結合させる可変光フィルタ等も提案されている（特許文献７）。
【０００６】
通常、電気を用いて動作するＰＬＣ型デバイスには、光の分岐、合波、切り換え等を行うためにヒータ等の屈折率調整手段が設けられており、外部電源からの電流の供給を必要とする。このため、前記した複数のＰＬＣから構成されたデバイスでは、ＰＬＣは複数集積した状態で制御用の電気回路基板に実装され、ＰＬＣに設けられた電極と電気回路基板とが導線，ワイヤボンディング，ジャンパーリード等により接続されている。
この複数のＰＬＣを集積した状態で実装する方法としては、ＰＬＣの基板面が重ならないように、同一面内に配列した状態で電気回路基板に実装する方法と、ＰＬＣを積層する方法がある。
ＰＬＣを同一面内に配列し、基板面が重なっていない状態で電気回路基板に実装する場合、ＰＬＣの面の面積とＰＬＣの個数に比例して、必要となる実装面積が大きくなり、例えば複数のＰＬＣを限られた空間に集約して実装することが難しい。
また、ＰＬＣを積層する場合、図６に示されたように、ＰＬＣ１１に設けられた電極１４に導線１９を半田付けしたり、ワイヤボンディングできるように、各ＰＬＣ１１間に間隔を設けて導電１９が引き出せるようにする必要がある。このため、複数のＰＬＣ１１を電気回路基板に実装するためには、積層方向に十分な空間を確保する必要があり、複数のＰＬＣ１１を限られた空間に集約して実装することが難しい。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２４１７８１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２４１７７４号公報
【特許文献３】
特公平７−４３４８４号公報
【特許文献４】
特許第２６５９２９３号公報
【特許文献５】
特開２０００−３２１４５０号公報
【特許文献６】
特許第３１５８３７２号公報
【特許文献７】
特許第２８８２３９９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち複数の基板型光導波路部品を接触した状態で積層しても各基板型光導波路部品に導線を接続でき、これにより基板型光導波路部品を電気回路基板に実装する際、必要となる実装面積及び体積の省スペース化が可能な基板型光導波路部品及び基板型光導波路部品積層体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、コアとコアの周囲にコアよりも屈折率の低い領域とを平面状に配置した基板型光導波路部品であって、基板の一方の表面に１以上の電極が設けられ、他方の面には基板の一部が切り取られて切除部が形成されたことを特徴とする基板型光導波路部品である。
請求項２記載の発明は、前記切除部が傾斜面をなしていることを特徴とする請求項１に記載の基板型光導波路部品である。
請求項３記載の発明は、前記電極の一端が基板の同一の側端部に延び、かつ前記電極の一端が切除部側に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板型光導波路部品である。
請求項４記載の発明は、前記切除部に絶縁性材料が被覆されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板型光導波路部品である。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の基板型光導波路部品が複数積層され、その切除部が積層方向に対して整合するように配置されたことを特徴とする基板型光導波路部品積層体である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の基板型光導波路部品の一例を示す概略図である。この基板型光導波路部品（以下、ＰＬＣ又は平面型光導波路とも言う。）１は、平板状の基板２と、基板２の一方の面２１上に形成された電気回路から構成される。
前記基板２は、基材２４と、この基材２４上に形成されたコア３と、このコア３の周囲に配置され、コア３よりも屈折率の低いクラッド３１から構成される。
前記基材２４としては、シリコン（Ｓｉ）や石英ガラスの平板が好ましく用いられるが、これら以外に金属材料やシリコン以外の半導体材料、セラミックや多成分ガラス、樹脂などの基板等も適用できる。
前記コア３と前記クラッド３１の少なくとも一方は、石英ガラス，特開２０００−２４１７８１号公報に記載された高分子材料，ＳｉＮ等から構成されており、温度変化によって屈折率が変化する性質（熱光学効果）や非線形光学効果をもっているものや、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等のような電界の印加によって屈折率が変化するような性質（電気光学効果）を持つ材料から構成されたものなどが適用できる。
【００１１】
また、基板２の他方の面２３には、基板２の一部が切り取られて形成された切除部６が設けられている。図１に示されたＰＬＣ１では、切除部６が傾斜面７をなしている。この傾斜面７は、側端部２２の長手方向にわたって設けられている。
この切除部６が設けられた基板２は、断面が矩形状の平板２の他方の面２３の一部を研磨、切断等の加工を行う方法や、基板２の他方の面２３に切除部６が設けられた形状の整形用枠型を用いて基板２となる材料を成形加工する方法等により得られる。
【００１２】
前記電気回路は、電極４と屈折率調整手段５とから構成される。電極４は、その一端４１が基板２の側端部２２側に位置し、その他端４２がコア３の近傍に設けられた複数の屈折率調整手段５に接続されている。
図１に示されたＰＬＣ１では、各電極４の一端４１が基板２の同一の側端部２２に達している。また、この電極４の一端４１が位置する側端部２２は、基板２の他方の主面２３に設けられた切除部６が位置する側にある。このため、基板２の面２１，２３に垂直な断面において、基板２は、側端部２２を突端とした略くさび形であり、電極４の少なくとも一端４１と傾斜面７をなす切除部６とが対向した位置にある。
【００１３】
前記屈折率調整手段５は、コア３又はクラッド３１を構成する材料に応じて適宜決定される。例えば、コア３又はクラッド３１が熱光学効果を有する場合、屈折率調整手段５としては、ヒータ等の温度を調整する手段が挙げられる。また、コア３又はクラッド３１が電気光学効果を有する場合、屈折率調整手段５としては、コイル等の電界を発生させる手段が挙げられる。図１では、一例として、コア３及びクラッド３１の少なくとも一方が前述した熱光学効果を有するものであり、屈折率調整手段５としてヒータ（以下、ヒータにも符号５を付して説明する。）を用いたＰＬＣ１を例示している。
前記ヒータ５は、ニッケル，アルミニウム，クロム，金，ニクロム等の金属薄膜から構成されている。外部の電源（図示省略）から電極４を介して電流が供給されることによってヒータ５が発熱し、コア３の一部の温度を調整できるようになっている。
このＰＬＣ１は、コア３の一部を加熱することによって、このコア３の屈折率を調整できるようになっている。これにより伝搬する光に位相差を生じさせて、コアが結合された光結合部にて光が干渉して光強度が変化するようになっている。このようにこのＰＬＣ１は、光の出力パワー比を調整でき、光スイッチや可変光減衰器として利用できるものである。
【００１４】
図２は、前記したＰＬＣ１を積層したＰＬＣ積層体８の一例を示す概略図であり、図３は、図２中、Ａ矢視図である。ＰＬＣ１を積層方向に透視したとき各基板２の傾斜面７が整合するように配置され、かつ各基板２の面２１，２３同士が接触した状態で複数のＰＬＣ１が積層されている。
この複数のＰＬＣ１を固定する方法としては、樹脂等による接着固定や、治具等で支持し機械的に把持する方法等が挙げられる。
【００１５】
図２及び図３に示されたように、隣接するＰＬＣ１のうち下方に位置するＰＬＣ１の電極４は、上方に位置するＰＬＣ１の切除部６に位置することになる。切除部６は、電極４に対向する部分から基板２の側端部２２にわたって設けられており、この上方に位置するＰＬＣ１の切除部６の空間を利用して、電極４に導線９を半田付けしたり、ワイヤボンディングすることができる。
【００１６】
このように本実施形態のＰＬＣ１は、切除部６が積層方向に対して整合するように配置され、基板２の面２１，２３同士を接触させて複数のＰＬＣ１を積層してＰＬＣ１を必要最小限の空間に集約した状態で、各電極４に導線９等を接続できる。このため、ＰＬＣ１を電気回路基板に実装する際、必要となる実装面積の省スペース化が可能となる。
【００１７】
更に、各電極４の一端４１が基板２の同一の側端部２２にあるため、前述したように複数のＰＬＣ１を積層し、各電極４に導線９を接続したとき、導線９を１つの側端部２２側に集約でき、導線９の取り回しが容易に行える。
また、傾斜面７は基板２に容易に形成することができるため、傾斜面７が設けられたＰＬＣ１は成形加工性に優れ、安価に得ることができる。
【００１８】
また、本実施形態のＰＬＣ積層体８は、前述したように本実施形態のＰＬＣ１の各基板２の切除部６が積層方向に対して整合するように配置され、かつ各基板２の面２１，２３同士が接触した状態で、ＰＬＣ１が複数積層されたものである。このため、複数のＰＬＣ１が必要最小限の空間に集約でき、かつ各ＰＬＣ１に設けられた電極４に導線９等を接続できる。これにより、ＰＬＣ積層体８を電気回路基板に実装する際、必要となる実装面積の省スペース化が可能となる。
【００１９】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
図４は、切除部の他の例を示す概略図である。切除部６がなす面２３は、傾斜面７に限定されず、図４（ａ）に示されたように基板２の面２１，２３を含む断面において、基板２内面に向かって湾曲した曲面７１や、図４（ｂ）の基板２の側端部２２に向かって階段状に基板２の厚さが薄くなるように形成されたもの７２、また、図４（ｃ）の基板２の側端部２２からみたＰＬＣ１の側面図のように、電極４に対向する部分から基板２の側端部２２にわたって設けられた条溝７３等が挙げられる。
【００２０】
更に、基板２の他方の面２３のうち切除部６がなす面に絶縁性材料が被覆されていても構わない。これにより、例えば基板２の少なくとも他方の面２３側がＳｉなどの導電性材料から構成されていても、前述したように複数のＰＬＣ１を積層し、各電極４に導線９を接続したとき、導線９と基板２の他方の面２３が電気的に接触することを防止できる。
【００２１】
また、電極４の一端４１は基板２の側端部２２に接していなくとも、側端部２２近傍に位置していればよく、本実施形態と同様に基板２の面２１，２３同士が接触した状態で複数のＰＬＣ１を積層したとき、各電極４に導線９等が容易に接続できる。
更に、本実施形態のＰＬＣ１は、コア３の経路パターンやコア３の屈折率を制御するための手段などに限定されず、前述した作用効果が得られる。
【００２２】
また、複数のＰＬＣ１を積層する際、図５に示されたように、ＰＬＣ１間の接触面となる基板２の面２１，２３上に介在物１０を設けても構わない。前記介在物１０としては、断熱性材料や伝熱性材料等が挙げられる。断熱性材料を用いることによって、ヒータ５の熱を効率良くコア３及びクラッド３１に伝えてデバイスの動作電力を小さくすることができる。前記断熱性材料としては、断熱性に優れた樹脂、ゴム、発泡樹脂、多孔質セラミックス等が挙げられる。
また、伝熱性材料等の適度に伝熱性を持つ材料を用いることによって、放熱効果を上げ、デバイスの動作速度を高速化することができる。前記伝熱性材料としては、伝熱性に優れた金属材料、セラミック材料、油脂、樹脂などが挙げられ、これらを２つ以上併用しても構わない。
更に電気光学効果を利用する場合には、電力の印加による発熱の影響を最小限に抑制するために、伝熱性の高い材料を用いることが好ましい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の基板型光導波路部品によれば、切除部が積層方向に対して整合するように配置され、基板の面同士が接触した状態で複数の基板型光導波路部品を積層した場合、隣接する基板型光導波路部品のうち下方に位置する基板型光導波路部品の電極は、上方に位置する基板型光導波路部品の切除部に位置することとなる。このように、電極の上方には切除部の空間があるため、この電極に導線等を接続でき、かつ基板の面同士が接触した状態で複数の基板型光導波路部品が積層され、基板型光導波路部品を必要最小限の空間に集約できる。このため、基板型光導波路部品を電気回路基板に実装する際、必要となる実装面積及び体積の省スペース化が可能となる。
【００２４】
また、本発明の基板型光導波路部品積層体は、前記本発明の基板型光導波路部品を各基板の傾斜面が互いに対向し、かつ各基板の面同士が接触した状態で積層されたものであり、複数の基板型光導波路部品が必要最小限の空間に集約されており、かつ各基板型光導波路部品の面に形成された電極に導線等を接続できる。このため、基板型光導波路部品積層体を電気回路基板に実装する際、必要となる実装面積及び体積の省スペース化が可能となる
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の基板型光導波路部品の一例を示す概略図である。
【図２】本実施形態の基板型光導波路部品積層体の一例を示す概略図である。
【図３】図２中、Ａ矢視図である。
【図４】切除部の他の例を示す概略図である。
【図５】本実施形態の基板型光導波路部品積層体の他の一例を示す概略図である。
【図６】従来の基板型光導波路部品を積層した状態の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１‥‥基板型光導波路部品、２‥‥基板、２１‥‥基板の一方の面、２２‥‥基板の側端部、２３‥‥基板の他方の面、３‥‥コア、４‥‥電極、６‥‥切除部、７‥‥傾斜面、８‥‥基板型光導波路部品積層体、４１‥‥電極の一端
【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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