(57)【要約】【課題】ヒータなどの加熱手段による光導波路の光学特性の制御を効率的に行うことが可能な光導波路デバイス、及びその製造方法を提供する。【解決手段】ガラス基板１０上に、それぞれ所定の導波路パターンからなる光回路部２、３を形成し、光回路部２における光導波路２１、２２、及び光回路部３における光導波路３１、３２のそれぞれに対して、各経路の光導波路の温度制御に用いられる加熱手段であるヒータ２６、２７、３６、３７を設置する。さらに、これらのヒータ２６、２７、３６、３７が設置された各経路での光導波路２１、２２、３１、３２に対して、それぞれの側方の両側の所定位置に、基板除去部である溝部４１〜４５を、光導波路層を貫通してガラス基板１０の厚さの７０％となる深さまで形成する。【選択図】　図１
2004004342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のガラス材料からなるガラス基板と、
前記ガラス基板上に複数の経路を含む導波路パターンによって形成され、光導波路として機能するコア層と、
前記ガラス基板及び前記コア層を覆うように形成され、前記コア層とともに光導波路層を構成するクラッド層と、
前記光導波路の前記複数の経路のうちで所定の経路に対して前記光導波路層上に設置され、前記所定の経路での前記光導波路の温度制御に用いられる加熱手段と、
前記加熱手段が設置された前記所定の経路での前記光導波路に対して、前記光導波路の側方の少なくとも一方側の所定位置に、前記光導波路層を貫通して前記ガラス基板の厚さの７０％以上となる深さまで形成された基板除去部と
を備えることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】
前記コア層は、前記ガラス基板上に直接形成されていることを特徴とする請求項１記載の光導波路デバイス。
【請求項３】
前記基板除去部は、前記所定の経路での前記光導波路の側方の一方側及び他方側のそれぞれの所定位置に、前記光導波路を挟んで形成されていることを特徴とする請求項１記載の光導波路デバイス。
【請求項４】
前記所定の経路での前記光導波路の側方の一方側に設けられた前記基板除去部と、他方側に設けられた前記基板除去部との間隔が７０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の光導波路デバイス。
【請求項５】
前記基板除去部の内部に、所定の断熱材料が充填されていることを特徴とする請求項１記載の光導波路デバイス。
【請求項６】
前記ガラス基板の前記光導波路層とは反対側に、前記ガラス基板に対して熱的に接触するように、前記ガラス基板よりも熱伝導率の高い材料からなる部材が設置されていることを特徴とする請求項１記載の光導波路デバイス。
【請求項７】
所定のガラス材料からなるガラス基板上に、複数の経路を含む導波路パターンを有し光導波路として機能するコア層と、前記ガラス基板及び前記コア層を覆って前記コア層とともに光導波路層を構成するクラッド層とを形成する光導波路形成工程と、
前記光導波路の前記複数の経路のうちで所定の経路に対して、前記所定の経路での前記光導波路の温度制御に用いられる加熱手段を前記光導波路層上に設置する加熱手段設置工程と、
前記加熱手段が設置された前記所定の経路での前記光導波路に対して、前記光導波路の側方の少なくとも一方側の所定位置に、前記光導波路層を貫通して前記ガラス基板の厚さの７０％以上となる深さまで基板除去部を形成する基板除去部形成工程と
を備えることを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記光導波路形成工程において、前記コア層を、前記ガラス基板上に直接形成することを特徴とする請求項７記載の光導波路デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記基板除去部形成工程において、前記基板除去部を、ダイサを用いた加工、エッチング加工、またはレーザ加工のいずれかによって形成することを特徴とする請求項７記載の光導波路デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に所定の導波路パターンによって形成された光導波路を有する光導波路デバイス、及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の進展と利用の拡大に伴い、発光素子及び受光素子などの光素子や、光ファイバ及び平面光導波路などの光導波路に加えて、光合波器、光分波器、光減衰器など、様々な機能を有する光デバイスの開発と利用が進められている。
【０００３】
このような光デバイスの１つとして、基板上に所定の導波路パターンによって形成された光導波路から構成された平面導波路型光回路による光導波路デバイスが用いられている。このような光導波路デバイスは、基板上での導波路パターンの構成の自由度が大きいことなどから、光回路の集積化や、光デバイスの小型化が可能であるなどの利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
平面導波路型光回路を用いた光導波路デバイスにおいては、光部品としての様々な機能を実現するため、光回路を構成している光導波路の光学特性を変化させることによって、各種の光デバイスとして機能させる構成が用いられている。光導波路の光学特性を変化させるための具体的な構成としては、例えば、電流を流すことによって光導波路の光吸収特性を変化させる構成や、熱または電圧を加えることによって光導波路の屈折率を変化させる構成などが用いられる。
【０００５】
これらの構成のうち、光導波路に熱を加えて機能性光部品とする構成の光導波路デバイスでは、平面導波路型光回路の導波路パターンの所定位置に、光導波路の温度制御のためのヒータなどの加熱手段を設置する。そして、ヒータから光導波路に加えられる熱によって光導波路の温度を変化させて、その屈折率などの光学特性を制御する。
【０００６】
また、光導波路の屈折率を変化させる上記の光デバイスにおいては、その具体的な光回路の構成例として、光が伝搬される光導波路を２つの経路に分岐させ、それぞれの経路で光を伝搬させた後に合波する構成が用いられている。このような構成の光回路では、分岐された経路のそれぞれでの光導波路に対してヒータを設置して、各経路において光導波路の屈折率を制御する。これにより、屈折率の変化に伴って各経路での光導波路の光路長が変化することを利用して、２つの経路をそれぞれ伝搬された光を合波する際の経路間での位相差を制御することができる。
【０００７】
ここで、機能性光部品を小型化するために光導波路デバイスを構成する平面導波路型光回路での集積度を高くすると、隣接する経路での光導波路間の距離が、例えば数１００μｍ程度と小さくなる。一方、光が伝搬される光導波路を分岐させる上記した構成の光導波路デバイスでは、光を合波する際の経路間での位相差を制御するため、隣接する経路での光導波路間で温度差をつける必要がある。しかしながら、光回路の集積化によって光導波路間の距離が小さくなると、温度差を発生させるために必要なヒータの消費電力が増大するなど、光部品としての機能を実現するための光導波路の光学特性の制御を効率的に行うことができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、ヒータなどの加熱手段による光導波路の光学特性の制御を効率的に行うことが可能な光導波路デバイス、及びその製造方法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】
このような目的を達成するために、本発明による光導波路デバイスは、（１）所定のガラス材料からなるガラス基板と、（２）ガラス基板上に複数の経路を含む導波路パターンによって形成され、光導波路として機能するコア層と、（３）ガラス基板及びコア層を覆うように形成され、コア層とともに光導波路層を構成するクラッド層と、（４）光導波路の複数の経路のうちで所定の経路に対して光導波路層上に設置され、所定の経路での光導波路の温度制御に用いられる加熱手段と、（５）加熱手段が設置された所定の経路での光導波路に対して、光導波路の側方の少なくとも一方側の所定位置に、光導波路層を貫通してガラス基板の厚さの７０％以上となる深さまで形成された基板除去部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
上記した光導波路デバイスにおいては、平面導波路型の光導波路を形成するための基板として、ガラス基板を用いている。これにより、基板とコア層との間の距離が小さい場合であっても、光導波路であるコア層及びその近傍を伝搬される光に発生する損失を低減することができる。
【００１１】
また、加熱手段が設置された経路での光導波路の側方に基板除去部を形成している。これにより、光導波路層内の他の部分への熱の拡散が抑制されるので、加熱手段による光導波路の温度制御、及びそれによる光導波路の光学特性の制御を効率的に行うことが可能となる。また、熱の拡散が抑制されることにより、加熱手段による温度制御の対象となっている経路以外の経路での光導波路に対する余分な加熱が防止される。さらに、基板除去部をガラス基板の厚さの７０％以上となる深さまで形成することにより、光導波路の光学特性の制御性の向上、及び他の経路での光導波路への影響の低減を確実に実現することができる。
【００１２】
ここで、光導波路層は、コア層が、ガラス基板上に直接形成されている構成であっても良い。本光導波路デバイスでは、上記したようにガラス基板を用いているため、このようにコア層をガラス基板上に直接形成し、クラッド層をオーバークラッド層のみとした構成でも、光を低損失で伝搬させることが可能である。あるいは、ガラス基板とコア層との間にアンダークラッド層を設ける構成としても良い。
【００１３】
また、基板除去部は、所定の経路での光導波路の側方の一方側及び他方側のそれぞれの所定位置に、光導波路を挟んで形成されていることを特徴とする。これにより、加熱手段が設置された経路での光導波路において、光導波路層内の他の部分への熱の拡散を効果的に抑制することができる。
【００１４】
このような構成では、所定の経路での光導波路の側方の一方側に設けられた基板除去部と、他方側に設けられた基板除去部との間隔が７０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。これにより、加熱手段が設置された経路において、コア層及びクラッド層によって光導波路を好適に構成することができる。
【００１５】
また、基板除去部の内部に、所定の断熱材料が充填されていることを特徴とする。これにより、基板除去部による熱の拡散の抑制効果を向上させることができる。
【００１６】
また、ガラス基板の光導波路層とは反対側に、ガラス基板に対して熱的に接触するように、ガラス基板よりも熱伝導率の高い材料からなる部材が設置されていることを特徴とする。これにより、光導波路層及びガラス基板内での余分な熱を効率的に外部へと逃がすことができる。
【００１７】
また、本発明による光導波路デバイスの製造方法は、（１）所定のガラス材料からなるガラス基板上に、複数の経路を含む導波路パターンを有し光導波路として機能するコア層と、ガラス基板及びコア層を覆ってコア層とともに光導波路層を構成するクラッド層とを形成する光導波路形成工程と、（２）光導波路の複数の経路のうちで所定の経路に対して、所定の経路での光導波路の温度制御に用いられる加熱手段を光導波路層上に設置する加熱手段設置工程と、（３）加熱手段が設置された所定の経路での光導波路に対して、光導波路の側方の少なくとも一方側の所定位置に、光導波路層を貫通してガラス基板の厚さの７０％以上となる深さまで基板除去部を形成する基板除去部形成工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
上記した光導波路デバイスの製造方法によれば、加熱手段による光導波路の温度制御、及びそれによる光導波路の光学特性の制御を効率的に行うことが可能な光導波路デバイスを好適に作製することができる。
【００１９】
また、光導波路形成工程において、コア層を、ガラス基板上に直接形成しても良い。また、基板除去部の形成方法については、基板除去部形成工程において、基板除去部を、ダイサを用いた加工、エッチング加工、またはレーザ加工のいずれかによって形成することが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光導波路デバイス、及びその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２１】
図１は、本発明による光導波路デバイスの第１実施形態の構成を示す平面図である。本実施形態の光導波路デバイスは、基板と、基板上に形成された平面導波路型の光導波路とを有する光回路からなり、光回路を構成している光導波路の光学特性を加熱手段からの熱によって変化させる機能性光部品として構成されている。
【００２２】
図１に示す光導波路デバイスは、基板１０と、基板１０上に所定の導波路パターンによって形成された光導波路とを有する平面導波路型光回路１から構成されている。基板１０としては、所定のガラス材料からなるガラス基板が用いられている。具体的なガラス材料としては、例えば、石英ガラス、または一般的な多成分ガラスなどが用いられる。
【００２３】
本実施形態においては、ガラス基板１０上の光導波路は、第１光回路部２及び第２光回路部３の２チャンネルの光回路部からなる導波路パターンによって形成されている。また、光回路部２、３のそれぞれは、所定の光伝送方向（図１中の矢印の方向）に沿って、複数の経路を含む導波路パターンによって平面導波路型光回路１の入力端面１１と出力端面１２との間に形成されている。
【００２４】
第１光回路部２は、入力端面１１上に設けられた入力端を一端とする入力用の光導波路２０と、出力端面１２上に設けられた出力端を一端とする出力用の光導波路２３とを有する。また、光導波路２０及び光導波路２３の間には、光導波路２０を２つの経路へと分岐するとともに、光導波路２３へと合流される２つの光導波路２１、２２が設けられている。
【００２５】
また、この光回路部２においては、光導波路２０から分岐された一方の経路での光導波路２１、及び他方の経路での光導波路２２のそれぞれに対し、ヒータ２６、２７が設置されている。これらのヒータ２６、２７は、各経路において光導波路２１、２２の温度制御に用いられる加熱手段である。
【００２６】
同様に、第２光回路部３は、入力端面１１上に設けられた入力端を一端とする入力用の光導波路３０と、出力端面１２上に設けられた出力端を一端とする出力用の光導波路３３とを有する。また、光導波路３０及び光導波路３３の間には、光導波路３０を２つの経路へと分岐するとともに、光導波路３３へと合流される２つの光導波路３１、３２が設けられている。
【００２７】
また、この光回路部３においては、光導波路３０から分岐された一方の経路での光導波路３１、及び他方の経路での光導波路３２のそれぞれに対し、ヒータ３６、３７が設置されている。これらのヒータ３６、３７は、各経路において光導波路３１、３２の温度制御に用いられる加熱手段である。
【００２８】
また、ヒータ２６、２７、３６、３７が設置された各経路での光導波路２１、２２、３１、３２に対して、それぞれの側方の一方側及び他方側の所定位置に、溝部４１〜４５が形成されている。
【００２９】
図２は、図１に示した光導波路デバイスの断面構造を、光回路１での光伝送方向に垂直な方向に沿って示すＩ−Ｉ矢印断面図である。この平面導波路型光回路１は、第１光回路部２の光導波路２０〜２３、及び第２光回路部３の光導波路３０〜３３を含む図１に示した導波路パターンによってガラス基板１０上に形成された光導波路層を有している。
【００３０】
ガラス基板１０上には、光導波路として機能するコア層１５が、所定の導波路パターンによって形成されている。本実施形態においては、このコア層１５はアンダークラッド層を介さずに、ガラス基板１０上に直接形成されている。また、光導波路２０〜２３、３０〜３３に対応するコア層１５のそれぞれは、図２に示すように略矩形状の断面形状を有している。
【００３１】
また、ガラス基板１０、及びガラス基板１０上のコア層１５を覆うように、オーバークラッド層１６が形成されている。そして、これらのコア層１５及びオーバークラッド層１６により、ガラス基板１０上の光導波路層が構成されている。このクラッド層１６は、コア層１５よりも低い屈折率を有し、これにより、上記したコア層１５が、光が伝搬される光導波路として機能する。
【００３２】
また、第１光回路部２の２つの経路での光導波路２１、２２、及び第２光回路部３の２つの経路での光導波路３１、３２のそれぞれに対し、光導波路に熱を加えるための加熱手段であるヒータが設置されている。
【００３３】
すなわち、光導波路２１に相当しているコア層１５に対向する光導波路層のクラッド層１６上には、平面状のヒータ２６が設けられている。また、光導波路２２のコア層１５に対向する光導波路層上には、ヒータ２７が設けられている。また、光導波路３１のコア層１５に対向する光導波路層上には、ヒータ３６が設けられている。また、光導波路３２のコア層１５に対向する光導波路層上には、ヒータ３７が設けられている。
【００３４】
また、上記したヒータ２６、２７、３６、３７が設置された光回路部２、３の光導波路２１、２２、３１、３２のそれぞれに対し、その側方の両側の所定位置に、基板除去部である溝部４１〜４５が形成されている。
【００３５】
すなわち、第１光回路部２側のガラス基板１０の端面と、光導波路２１及びヒータ２６との間の所定位置に、溝部４１が設けられている。また、光導波路２１及びヒータ２６と、光導波路２２及びヒータ２７との間の所定位置に、溝部４２が設けられている。また、光導波路２２及びヒータ２７と、光導波路３１及びヒータ３６との間の所定位置に、溝部４３が設けられている。また、光導波路３１及びヒータ３６と、光導波路３２及びヒータ３７との間の所定位置に、溝部４４が設けられている。また、光導波路３２及びヒータ３７と、第２光回路部３側のガラス基板１０の端面との間の所定位置に、溝部４５が設けられている。
【００３６】
これらの溝部４１〜４５のそれぞれは、光導波路層のクラッド層１６を貫通するとともに、ガラス基板１０を深さｄ２まで除去し、光導波路層の除去部分及びガラス基板１０の除去部分を合わせた全体として深さｄ１まで形成されている。また、この溝部４１〜４５の深さｄ１は、ガラス基板１０の除去部分の深さｄ２が、ガラス基板１０の厚さｄ０の７０％以上（ｄ２≧ｄ０×０．７）となるように設定されている。
【００３７】
以上の構成において、平面導波路型光回路１の第１光回路部２に対して入力端面１１側から光導波路２０へと入力された光は、２つの経路の光導波路２１及び光導波路２２へと分岐される。
【００３８】
光導波路２１においては、ヒータ２６を用いて光導波路２１の温度が制御されて、その光学特性である屈折率が保持または変化される。これにより、光導波路２１の実効的な光路長が所望の光路長となるように制御される。同様に、光導波路２２においては、ヒータ２７を用いて光導波路２２の温度が制御されて、その光学特性である屈折率が保持または変化される。これにより、光導波路２２の実効的な光路長が所望の光路長となるように制御される。
【００３９】
それぞれ光路長が制御されている光導波路２１及び光導波路２２をそれぞれ伝搬された光は、光導波路２３へと合波される。このとき、２つの経路での光導波路２１、２２からの光を合波する際の経路間での位相差が、ヒータ２６、２７によって制御されたそれぞれの光路長に応じて設定される。これにより、図１に示した光導波路デバイスでは、光導波路２３から外部へと出力される光について、光導波路２０へと入力された光からの減衰率などが制御される。なお、第２光回路部３の動作についても、第１光回路部２と同様である。
【００４０】
本実施形態による光導波路デバイスの効果について説明する。
【００４１】
図１及び図２に示した光導波路デバイスでは、平面導波路型光回路１において光導波路を形成するための基板として、ガラス基板１０を用いている。ここで、ガラス基板１０では、ガラス基板１０上に形成される光導波路層内を伝搬される光の一部が光導波路近傍の基板内を伝搬される場合であっても、光に対して発生する損失が小さい。したがって、ガラス基板１０と、光導波路に対応するコア層１５との間の距離が小さいような構成においても、コア層１５及びその近傍を伝搬される光に発生する損失を低減することができる。
【００４２】
例えば、上述した光導波路デバイスでは、図２に示したように、コア層１５がガラス基板１０上に直接形成された構成を用いている。このように、コア層１５を基板１０上に直接形成し、クラッド層をオーバークラッド層１６のみとした構成でも、上記のように基板１０としてガラス基板を用いることにより、光を低損失で伝搬させることができる。
【００４３】
また、加熱手段であるヒータ２６、２７、３６、３７が設置された経路での光導波路２１、２２、３１、３２に対して、その側方に基板除去部である溝部４１〜４５をそれぞれ形成している。これにより、ヒータによって対応する光導波路を加熱した場合に、光導波路層内の他の部分への熱の拡散が抑制される。したがって、ヒータによる光導波路の温度制御、及びそれによる光導波路の屈折率などの光学特性の制御を効率的に行うことが可能となる。また、熱の拡散が抑制されることにより、ヒータによる温度制御の対象となっている経路以外の経路での光導波路に対する余分な加熱が防止される。
【００４４】
すなわち、例えば図２において第１光回路部２の光導波路２２に着目すると、光導波路２２の左側及び右側にそれぞれ溝部４２、４３が設けられていることにより、ヒータ２７から加えられる熱を、光導波路２２に相当するコア層１５に対して効率良く供給することができる。これにより、光導波路２２の温度制御を行うためのヒータ２７での消費電力が低減される。
【００４５】
また、隣接する光導波路との関係について見ると、光導波路２２の左側に設けられた溝部４２により、ヒータ２７からの熱が隣接する光導波路２１へと拡散することが抑制される。また、光導波路２２の右側に設けられた溝部４３により、ヒータ２７からの熱が隣接する光導波路３１へと拡散することが抑制される。これにより、互いに隣接する４つの経路での光導波路２１、２２、３１、３２のそれぞれについて、その温度制御、及びそれによる光導波路の光学特性の制御を効率良く行うことが可能となる。
【００４６】
また、このような隣接する光導波路への影響の抑制は、光導波路デバイスの全体としての消費電力を低減する上でも有用である。
【００４７】
すなわち、２つの経路での光導波路２１、２２を有する第１光回路部２において、光導波路２１を光導波路２２に対して１０℃高い温度にする場合、溝部が設けられていない通常の構成では、光導波路２１に対応するヒータ２６を５０℃〜９０℃程度まで加熱する必要がある。これは、ヒータ２６を用いて加熱を行うことにより、光導波路２１とともに隣接する光導波路２２の温度も上昇してしまうためである。さらに、このような光回路部が複数チャンネル集積された光導波路デバイスでは、ヒータでの消費電力が増大し、また、例えば８チャンネルで２００℃以上の温度となるなど、動作時に光導波路デバイスが高温となるという問題がある。
【００４８】
このように、光導波路デバイスが過度に高温となる場合には、デバイスを強制的に冷却する冷却手段を設置することが必要となる。しかしながら、このように強制冷却手段を設けると、光導波路デバイス自体の温度は低減されるものの、冷却手段を含む光通信システムの全体としては、その消費電力が増大し、また冷却手段からの発熱を含む全体の発熱量も大きくなってしまう。
【００４９】
これに対して、上記したように、ヒータが設置されている光導波路の側方に基板除去部を形成した構成の光導波路デバイスによれば、ヒータ２６を用いて光導波路２１を加熱したときに、隣接する光導波路２２の温度が上昇することが抑制される。これにより、比較的低い加熱温度において、隣接する光導波路２１、２２間で所望の温度差を得ることができる。したがって、光導波路デバイス、あるいは光導波路デバイスを含む光通信システムの全体としての消費電力や発熱量を低減することが可能となる。また、光導波路デバイスに対する強制冷却手段の設置が不要となるなど、光導波路デバイスの構成を簡単化して、デバイスを小型化することができる。
【００５０】
また、平面導波路型の光導波路を形成する基板としてガラス基板１０を用いた構成では、上記のようにコア層１５及びその近傍での光の伝搬を低損失で行うことができるが、一方で、他の基板（例えばシリコン基板）に比べて隣接チャンネルからの熱の影響を受けやすくなる場合がある。これに対して、上述した光導波路デバイスでは、基板除去部である溝部４１〜４５を、ガラス基板１０の厚さの７０％以上となる深さまで形成している。このように、光導波路間での基板除去部を充分な深さで形成することにより、光導波路の光学特性の制御性の向上、及び他の経路での光導波路への影響の低減を確実に実現することができる。
【００５１】
なお、光導波路に熱を加えて機能性光部品とする構成を有する従来の光導波路デバイスとして、例えば、特開平５−３４５２５号公報（文献１）、特開平９−２１１２４０号公報（文献２）、２００１年電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−６１（文献３）に記載されたデバイスがある。
【００５２】
このうち、文献１に記載された光導波路デバイスでは、ヒータが設けられた光導波路の下の基板部分を裏面側から除去している。しかしながら、このように光導波路層の下方にあるシリコン基板の一部を機械加工などによって除去する加工は難しい。また、この構成では、光導波路の直下の基板部分を除去するために高い加工精度が要求され、生産性を上げることができない。また、文献２に記載された光導波路デバイスでは、シリコン基板の一部を石英基板に置き換えた複合基板を用いているが、このような構成においても、複合基板を作製するための工程数が多く、生産性が低い上にデバイスが高コスト化する。
【００５３】
また、文献３に記載された光導波路デバイスでは、シリコン基板上に形成された光導波路層に断熱溝を設けているが、光導波路層のみを除去して溝を形成しているため、熱の拡散の抑制効果が充分には得られない。また、光導波路を形成するための基板としてシリコン基板を用いているため、光導波路を伝搬される光の損失が高くなる場合がある。
【００５４】
これに対して、図１及び図２に示した光導波路デバイスでは、ガラス基板１０を用いるとともに、ヒータ２６、２７、３６、３７がそれぞれ設置された光導波路２１、２２、３１、３２の側方に、基板除去部として、ガラス基板１０の厚さの７０％以上となる深さまでの溝部４１〜４５を形成している。これにより、光導波路において光が低損失で伝搬される構成とするとともに、ヒータによる光導波路の光学特性の制御を効率的に行うことが可能となる。また、光導波路の直下の基板部分を除去する構成や、基板を複合基板とする構成に比べ作製工程が容易化されるので、その生産性が向上される。
【００５５】
図１及び図２に示した光導波路デバイスの構成及び効果等について、さらに具体的に説明する。
【００５６】
まず、上記実施形態の光導波路デバイスにおける各チャンネルのヒータでの消費電力及び発熱量について検討する。
【００５７】
集積化が可能であるという平面光導波路を用いた光回路の利点を活かす場合、基板上に、フォトダイオードなどの受光素子やその他の光素子を、平面光導波路と一体化して設ける構成を用いることが想定される。ここで、一般的なフォトダイオードの動作補償範囲は８５℃程度までであり、また、光導波路の使用については７０°程度まで保証する必要がある。このような条件では、光導波路に許容される温度上昇は１５℃までとなる。
【００５８】
図３は、光導波路の温度の消費電力に対する依存性を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は、ヒータでの消費電力（ｍＷ）を示している。また、縦軸は、ヒータによって加熱される光導波路の温度（℃）を示している。このグラフでは、実際に使用可能な大きさである寸法７０ｍｍ×３５ｍｍの放熱板に取り付けた光導波路デバイスを用いた実測結果を示している。
【００５９】
図３に示すグラフによれば、環境温度の２５℃に対し、約１Ｗの消費電力で温度が１５℃上昇して、光導波路の温度が４０℃となっている。ここで、８チャンネルの光導波路デバイスを想定すると、１チャンネル当たりで許容される消費電力は１２５ｍＷとなる。さらに、製造上の許容誤差等を考慮すれば、１チャンネル当たりの消費電力が１１０ｍＷ以下となるように光導波路デバイスを設計することが好ましい。
【００６０】
次に、光導波路デバイスにおいて隣接する光導波路の温度制御に要求される精度について検討する。
【００６１】
図１に示した光導波路デバイスでの光回路部２のように、光導波路が２つの経路での光導波路２１、２２へと分岐される構成では、これらの光導波路２１、２２間での温度差の制御には位相差制御の精度などから考えて、約０．４℃の温度制御の精度が要求される。また、光導波路２１、２２間で要求される最大の温度差は、上記のように１５℃である。これに対して、上述のように複数チャンネルの光回路部２、３を有する光導波路デバイスでは、各チャンネルの光回路部での温度を変動させたときの、他のチャンネルの光回路部への影響が問題となる。
【００６２】
例えば、図２においては、光導波路２１、２２が、第１光回路部２で対になっている光導波路である。また、光導波路３１、３２が、第２光回路部３で対になっている光導波路である。このような構成において、第２光回路部３で光導波路３１、３２間での温度差が一定の温度差に制御されている状態で、隣接する第１光回路部２に対して設置されているヒータをＯＮ／ＯＦＦすることを考える。
【００６３】
このような場合、第２光回路部３に対して最も影響するのは、光導波路２２に対して設置されているヒータ２７がＯＦＦからＯＮになる状態変化である。ヒータ２７をＯＮとした場合、上記したように、光導波路２２は光導波路２１に対して最大で１５℃高い温度となる。このとき、光回路部２において光導波路２２に対するヒータ２７をＯＮにすることによって、隣接する光回路部３での光導波路３１、３２のそれぞれの温度、及び光導波路３１、３２間での温度差が大きく変動すると、各チャンネルの光回路部で光部品としての特性を維持することができなくなる。具体的には、分岐された光導波路間での温度差の制御に要求される精度が０．４℃であることから考えて、隣接する光導波路に対するヒータの影響による温度の変動はその半分の０．２℃以下とする必要がある。
【００６４】
このような問題について、光回路部２において、光導波路２２が光導波路２１に対して１５℃高い温度となるようにヒータ２７を加熱した場合に、隣接する光回路部３において、光導波路３１、３２間で発生する温度差について調べた。ここでは、光導波路３１、３２間での温度差は、温度を直接測定するのではなく、光学測定によって光導波路３０〜３３の伝送損失を測定し、得られた損失値から光導波路３１、３２間で発生する位相差を計算し、さらに、得られた位相差から計算によって温度差を求めた。
【００６５】
図４は、厚さｄ０＝５００μｍのガラス基板１０を用いた光導波路デバイスでの（ａ）光導波路間の温度差の溝の深さに対する依存性、及び（ｂ）ヒータの消費電力の溝の深さに対する依存性を示すグラフである。
【００６６】
図４（ａ）のグラフにおいて、横軸は、光導波路間に形成される溝部でのガラス基板の除去部分の深さｄ２（μｍ、図２参照）を示している。また、縦軸は、上記した条件において光導波路３１、３２間で発生する温度差（℃）を示している。また、図４（ｂ）のグラフにおいて、横軸は、光導波路間に形成される溝部でのガラス基板の除去部分の深さｄ２（μｍ）を示している。また、縦軸は、上記した条件を実現するのに必要なヒータでの消費電力（ｍＷ）を示している。
【００６７】
また、図５は、厚さｄ０＝３００μｍのガラス基板１０を用いた光導波路デバイスでの（ａ）光導波路間の温度差の溝の深さに対する依存性、及び（ｂ）ヒータの消費電力の溝の深さに対する依存性を示すグラフである。
【００６８】
図５（ａ）のグラフにおいて、横軸は、光導波路間に形成される溝部でのガラス基板の除去部分の深さｄ２（μｍ）を示している。また、縦軸は、上記した条件において光導波路３１、３２間で発生する温度差（℃）を示している。また、図５（ｂ）のグラフにおいて、横軸は、光導波路間に形成される溝部でのガラス基板の除去部分の深さｄ２（μｍ）を示している。また、縦軸は、上記した条件を実現するのに必要なヒータでの消費電力（ｍＷ）を示している。
【００６９】
まず、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すヒータの消費電力のグラフでは、ガラス基板１０の厚さｄ０が５００μｍ、及び３００μｍのいずれの場合も、基板部分での溝の深さｄ２を５０μｍ以上とすることによって、１チャンネル当たりのヒータの消費電力を１１０ｍＷ以下とする条件が満たされている。これは、ガラス基板１０は熱伝導率が比較的低く、熱の逃げが小さいためである。
【００７０】
一方、図４（ａ）及び図５（ａ）に示す温度差のグラフでは、ガラス基板１０の厚さｄ０を５００μｍとした図４（ａ）の場合、発生する温度差を０．２℃以下とするには、基板部分での溝の深さｄ２を３５０μｍ以上とする必要がある。また、厚さｄ０を３００μｍとした図５（ａ）の場合、発生する温度差を同じく０．２℃以下とするには、溝の深さｄ２を２１０μｍ以上とする必要がある。
【００７１】
以上より、１チャンネル当たりのヒータの消費電力を１１０ｍＷ以下とするとともに、隣接する光導波路に対するヒータの影響による温度の変動を０．２℃以下とするためには、上述したように、光導波路間での基板除去部をガラス基板の厚さの７０％以上となる深さまで形成すれば良いことがわかる。
【００７２】
ここで、図１に示した光導波路デバイスでは、光導波路２１、２２、３１、３２のそれぞれに対して、光導波路の側方の一方側及び他方側の両側に、光導波路を挟むように基板除去部である溝部を設ける構成を用いている。これにより、ヒータが設置された光導波路において、光導波路層内の他の部分への熱の拡散を効果的に抑制することができる。なお、図１の構成においては、溝部４２、４３、４４は、それぞれその両側に位置する光導波路に対する基板除去部として共用されている。
【００７３】
また、このような構成では、両側に設けられた基板除去部の間隔、例えば、ヒータ２６が設置された光導波路２１に対して左側に設けられた溝部４１と、右側に設けられた溝部４２との間隔を７０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが好ましい。これにより、ヒータが設置された経路において、コア層１５及びクラッド層１６によって光導波路を好適に構成することができる。
【００７４】
すなわち、溝部の間隔が５０μｍよりも小さくなると、光導波路に相当するコア部及びその近傍を伝搬される光が基板除去部へと漏洩し、光の伝送損失が増大する。このため、溝部の間隔は５０μｍ以上とすることが好ましく、溝部を形成する際の加工精度等を考慮すると、７０μｍ以上の間隔とすることが好ましい。
【００７５】
また、溝部の間隔が１５０μｍよりも大きくなると、ヒータによる光導波路の加熱の効率が低下し、場合によっては、１チャンネル当たりのヒータの消費電力を１１０ｍＷ以下とする条件を満たすことができなくなる。したがって、溝部の間隔を１５０μｍ以下とすることが好ましい。
【００７６】
ただし、この溝部などの基板除去部については、一般には、ヒータが設置されている光導波路に対し、その側方の少なくとも一方側に形成することによって、光導波路の光学特性の制御の効率を向上することができる。基板除去部を光導波路の側方の一方側に設けるか、あるいは両側に設けるかについては、個々の光導波路デバイスでの光回路の集積度や、具体的な導波路パターンなどに応じて設計することが好ましい。
【００７７】
また、基板除去部の具体的な構成については、光導波路２１及びヒータ２６に対して形成された基板除去部に着目すると、図１及び図２に示した光導波路デバイスでは、基板除去部として光導波路２１に沿って伸びる溝状の基板除去部である溝部４１、４２を形成している。ただし、基板除去部としては、これ以外の構成の基板除去部を用いても良い。
【００７８】
図６（ａ）〜（ｃ）は、図１に示した光導波路デバイスに形成される基板除去部の変形例を示す平面図である。図６（ａ）では、光導波路２１を挟んで形成された溝部４１及び溝部４２に代えて、光導波路２１を挟むとともに、それぞれ２つに分割された溝部４１ａ、４１ｂ及び溝部４２ａ、４２ｂの例を示している。また、図６（ｂ）では、光導波路２１に沿って複数個の円筒状の基板除去部を連続的に配列した基板除去部４１ｃ及び基板除去部４２ｃの例を示している。また、図６（ｃ）では、光導波路２１に沿って複数個の円筒状の基板除去部を一定の間隔をおいて配列した基板除去部４１ｄ及び基板除去部４２ｄの例を示している。また、これらの構成以外にも、様々な構成の基板除去部を用いて良い。
【００７９】
次に、図１及び図２に示した光導波路デバイスの製造方法について説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は、上述した光導波路デバイスの製造方法の一例を示す工程図である。なお、これらの図７（ａ）〜（ｄ）においては、図２に示した断面図に対応する断面図によって各工程を図示している。
【００８０】
図７に示す製造方法では、光導波路を形成するための基板となるガラス基板１０を用意し、このガラス基板１０上に、光導波膜１４を形成する（図７（ａ））。そして、複数の経路を含む図１に示した導波路パターンによって光導波膜１４をパターニングして、それぞれ光導波路として機能するコア層１５を作製する（図７（ｂ））。
【００８１】
次に、ガラス基板１０及びパターニングされたコア層１５を覆うように、コア層１５よりも低い屈折率を有するクラッド層１６を形成する（図７（ｃ））。これにより、コア層１５及びクラッド層１６からなる光導波路層がガラス基板１０上に形成される（光導波路形成工程）。
【００８２】
続いて、光導波路の複数の経路のうちで所定の経路に対応するコア層１５の上方に位置する光導波路層のクラッド層１６上に、加熱手段であるヒータ２６、２７、３６、３７を設置する（加熱手段設置工程）。さらに、各光導波路間の所定位置に、基板除去部である溝部４１〜４５を、それぞれ光導波路層のクラッド層１６を貫通してガラス基板１０の厚さの７０％以上となる深さまで形成する（基板除去部形成工程）。以上により、図１及び図２に示した構成の光導波路デバイスが得られる（図７（ｄ））。
【００８３】
ここで、溝部などの基板除去部の具体的な形成方法については、ダイサを用いた加工、エッチング加工、またはレーザ加工のいずれかによって形成することが好ましい。また、ダイサを用いて基板除去部を形成する場合には、ダイサの刃の直径は６０ｍｍ程度、あるいは６０ｍｍ以下のものを用いるのが、基板除去部を良好に形成する上で好適である。
【００８４】
続いて、図１及び図２に示した光導波路デバイスの変形例について説明する。なお、以下の図８〜図１０においては、光回路１での光伝送方向に垂直な方向に沿って示す、図２に示した断面図に対応する断面図によって、各実施形態での光導波路デバイスの断面構造を示している。また、以下に示す各実施形態は、光導波路デバイスの平面構造については、図１に示したものと同様である。
【００８５】
図８は、光導波路デバイスの第２実施形態の構成を示す断面図である。図８に示す光導波路デバイスは、図１及び図２に示した光導波路デバイスと同様の構成を有しているが、基板除去部である溝部４１〜４５の構成が異なっている。
【００８６】
すなわち、本実施形態では、溝部４１〜４５のそれぞれの内部に、所定の断熱材料からなる充填材料４０が充填されている。このような構成では、ヒータが設置された光導波路からの熱の拡散について、基板除去部による熱の拡散の抑制効果を向上させることができる。
【００８７】
また、ガラス基板１０の光導波路層とは反対側に、ガラス基板１０よりも熱伝導率の高い材料からなる部材として、放熱板５０が設置されている。この放熱板５０は、ガラス基板１０に対して熱的に接触するように設置されている。これにより、コア層１５及びクラッド層１６からなる光導波路層内、及びガラス基板１０内での余分な熱を効率的に外部へと逃がすことができる。
【００８８】
このような放熱板５０としては、例えば金属板を用いることができる。また、ガラス基板１０と放熱板５０との接触方法については、熱伝導率が高い接着剤によって貼り合わせる方法や、熱伝導率が高いグリースを介して接触させる方法などを用いることができる。なお、図３〜図５のグラフにおいては、図１及び図２に示した構成の光導波路デバイスにおいて、ガラス基板１０を金属製の放熱板に固定して実験を行っている。
【００８９】
図９は、光導波路デバイスの第３実施形態の構成を示す断面図である。図９に示す光導波路デバイスは、図１及び図２に示した光導波路デバイスと同様の構成を有しているが、コア層及びクラッド層からなる光導波路層の構成が異なっている。
【００９０】
すなわち、本実施形態では、ガラス基板１０上に形成される光導波路層において、コア層１５及びオーバークラッド層１６に加えて、ガラス基板１０とコア層１５及びオーバークラッド層１６との間に、アンダークラッド層１７を設けている。このように、光導波路層については、ガラス基板１０上に直接コア層１５を形成する構成に限らず、アンダークラッド層１７を設ける構成としても良い。ただし、アンダークラッド層を設けない図２の構成では、図９の構成に比べ、その製造工程が簡単化されるという利点がある。
【００９１】
図１０は、光導波路デバイスの第４実施形態の構成を示す断面図である。図１０に示す光導波路デバイスは、図１及び図２に示した光導波路デバイスと同様の構成を有しているが、基板除去部である溝部４１〜４５の構成が異なっている。
【００９２】
すなわち、本実施形態では、溝部４１〜４５を、それぞれ光導波路層のクラッド層１６及びガラス基板１０までの全体を貫通するように形成している。光導波路間に形成される基板除去部については、上述したように、ガラス基板の厚さの７０％以上となる深さまで形成することが好ましく、このように、ガラス基板を貫通するように基板除去部を形成することも含まれる。
【００９３】
本発明による光導波路デバイス、及びその製造方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、図１及び図２においては、２チャンネルの光回路部２、３を有する構成の平面導波路型光回路１による光導波路デバイスを示したが、１チャンネルのみ、あるいは３チャンネル以上の光回路部を有する構成としても良い。
【００９４】
【発明の効果】
本発明による光導波路デバイス、及びその製造方法は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、平面導波路型の光導波路を形成するための基板としてガラス基板を用いるとともに、加熱手段が設置された経路での光導波路の側方に基板除去部を形成した構成によれば、ヒータなどの加熱手段による光導波路の温度制御、及びそれによる光導波路の光学特性の制御を効率的に行うことが可能な光導波路デバイス、及びその製造方法が得られる。また、基板除去部をガラス基板の厚さの７０％以上となる深さまで形成することにより、光導波路の光学特性の制御性の向上、及び他の経路での光導波路への影響の低減を確実に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光導波路デバイスの第１実施形態の構成を示す平面図である。
【図２】図１に示した光導波路デバイスの光伝送方向に垂直な断面構造を示すＩ−Ｉ矢印断面図である。
【図３】光導波路の温度の消費電力に対する依存性を示すグラフである。
【図４】厚さ５００μｍのガラス基板を用いた光導波路デバイスでの（ａ）光導波路間の温度差の溝の深さに対する依存性、及び（ｂ）ヒータの消費電力の溝の深さに対する依存性を示すグラフである。
【図５】厚さ３００μｍのガラス基板を用いた光導波路デバイスでの（ａ）光導波路間の温度差の溝の深さに対する依存性、及び（ｂ）ヒータの消費電力の溝の深さに対する依存性を示すグラフである。
【図６】図１に示した光導波路デバイスに形成される基板除去部の変形例を示す平面図である。
【図７】図１に示した光導波路デバイスの製造方法の一例を示す工程図である。
【図８】光導波路デバイスの第２実施形態の構成を示す断面図である。
【図９】光導波路デバイスの第３実施形態の構成を示す断面図である。
【図１０】光導波路デバイスの第４実施形態の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…平面導波路型光回路、１０…ガラス基板、１１…入力端面、１２…出力端面、１４…光導波膜、１５…コア層、１６…オーバークラッド層、１７…アンダークラッド層、２…第１光回路部、２０〜２３…光導波路、２６、２７…ヒータ、３…第２光回路部、３０〜３３…光導波路、３６、３７…ヒータ、４０…充填材料、４１〜４５…溝部（基板除去部）、５０…放熱板。
【図１】
2004004342.tif 000003
【図２】
2004004342.tif 000004
【図３】
2004004342.tif 000005
【図４】
2004004342.tif 000006
【図５】
2004004342.tif 000007
【図６】
2004004342.tif 000008
【図７】
2004004342.tif 000009
【図８】
2004004342.tif 000010
【図９】
2004004342.tif 000011
【図１０】
2004004342.tif 000012