(57)【要約】【課題】ガラス基板にイオン交換法で形成された光導波路の導波特性を熱光学効果により可逆的に可変操作させるようにした光導波路デバイスにおいて、ヒータ長を短くして従来よりも高温で加熱操作が行われるようになった場合でも、デバイス特性を損なうことなく、その特性の経時変化を抑え、長期にわたって安定した性能が得られるようにする。【解決手段】ガラス基板１０にイオン交換法で形成された光導波路２０〜２４の導波特性を熱光学効果により可逆的に可変操作させるようにした光導波路デバイスにおいて、上記可変操作が行われる可変光導波路部２２のモードフィールド径φｂを非可変光導波路部２０，２１，２３のそれに対して１．２倍以上に拡散拡大させる。【選択図】  図１
2005077943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板にイオン交換法で形成された光導波路の導波特性を熱光学効果により可逆的に可変操作させるようにした光導波路デバイスにおいて、上記可変操作が行われる可変光導波路部のモードフィールド径を非可変光導波路部のそれに対して１．２倍以上に拡散拡大させたことを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】
請求項１において、拡散拡大された部分の光導波路部の波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が１２μｍ〜３０μｍであることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項３】
請求項１または２において、前記導波特性の可逆的可変操作をガラス基板上に形成された薄膜ヒータで行わせるようにしたことを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずかにおいて、ガラス基板にイオン交換法で形成された光導波路により、入力光および出力光を導波する単一の光導波路部と、Ｙ字状分岐部をなす一対の光導波路部と、平行アーム部をなす一対の光導波路部とを有するマッハツェンダ干渉計を形成し、上記平行アーム部の光導波路部に導波特性を可変操作するための薄膜ヒータを配設したことを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記ガラス基板が１価のＮａイオンを含む多成分ガラスからなり、前記光導波路がそのＮａイオンとＡｇイオンの交換により形成されていることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項６】
ガラス基板にイオン交換法で形成された光導波路の導波特性を熱光学効果により可逆的に可変操作させるようにした光導波路デバイスの製造方法において、上記可変操作が行われる可変光導波路部を選択的に加熱処理することにより、その可変光導波路部のモードフィールド径を非可変光導波路部のそれに対して１．２倍以上に拡散拡大させ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７】
請求項６において、前記加熱処理は前記ガラス基板の吸収波長域にある波長のレーザ光を照射して行う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】
請求項６または７において、光導波路の導波特性を熱光学効果により可逆的に可変操作させる手段として薄膜ヒータを設けるとともに、この薄膜ヒータを大電力で通電発熱させることにより前記加熱処理を行うことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかにおいて、前記加熱処理を１８０℃〜３５０℃で行うことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガラス基板にイオン交換法によって光導波路を形成するとともに、その光導波路の導波特性を熱光学効果で可変制御するようにした光導波路デバイスとその製造方法に関し、たとえば光アッテネータや光スイッチなどの光回路デバイスに適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
光通信とくにＷＤＭ（波長多重）光通信などでは、信号光のレベル制御やスイッチングなどのために、光アッテネータや光スイッチなどの光回路デバイスが多用される。この光回路デバイスは光導波路を用いて構成されるが、その光導波路をイオン交換法により形成した光導波路デバイスは、デバイスの小形化、動作の信頼性、および構成の柔軟性等の面で有望視されている。
【０００３】
イオン交換型光導波路デバイスは、たとえば特許文献１に記載のように、ガラス基板にＡｇなどのイオンをイオン交換法で選択的にドープさせることにより製造される。イオン交換は、所定の光導波路パターンをなすイオン交換制御膜が形成されたガラス基板を溶融塩中に浸漬して行う。ガラス基板は、溶融塩中にて行われる熱イオン交換および／または電界イオン交換によってＡｇ等のイオンが選択的にドープされるが、このイオンのドープによって光屈折率が選択的に増加させられ、この光屈折率の選択増加部分が光導波路を形成する。この光導波路は最初、ガラス基板表面部に形成されるが、イオン交換処理によりガラス基板中に移動させて埋め込むことができる。この光導波路を用いて、たとえば光アッテネータや光スイッチなどの光回路デバイスを形成することができる。
【０００４】
図８は、イオン交換法による光導波路を用いた光導波路デバイスの構成例を模式的に示す。同図において、（ａ）は平面パターン図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ部分における断面図をそれぞれ示す。  
同図に示す光導波路デバイスは、ガラス基板１０にイオン交換法により所定パターンの光導波路部２０〜２４を形成したものであって、その光導波路部２０〜２４によりＭ−Ｚ（マッハツェンダ）干渉計が形成されている。Ｍ−Ｚ干渉計は、入力光および出力光の導波部にそれぞれ位置する単一の光導波路部２０，２０と、Ｙ字状分岐部をなす一対の光導波路部２１，２３と、平行アーム部をなす一対の光導波路部２２，２４により形成される。このＭ−Ｚ干渉計に可変位相シフタ（移相器）を組合わせることにより光アッテネータまたは光スイッチを構成することができる。
【０００５】
位相シフタは薄膜ヒータ３２を用いて構成することができる。この薄膜ヒータ３２は、平行アーム部の片側（または両側）をなす光導波路部２２上に沿ったガラス基板表面部に被着形成する。この薄膜ヒータ３２に可変制御電圧（位相制御電圧）Ｅｃを印加して通電すると、光導波路部２２が通電加熱されて、いわゆる熱光学効果による可逆的な屈折率変化が生じる。この屈折率変化は光導波路部２２の光路長変化となって現れ、この光路長変化によって導波光の位相がシフトさせられる。その位相シフト量（移相量）は上記制御電圧Ｅｃによって可逆的に可変操作することができる。これにより、導波光の変調やスイッチングを行わせることができる。
【０００６】
上述したイオン交換型の光導波路デバイスでは、光導波路部を薄膜ヒータで加熱操作することにより、導波光の位相を可逆的にシフトさせて変調やスイッチングなどを行わせるが、このときの加熱操作は、光導波路を作製するときの加熱処理温度（１８０℃〜３５０℃）よりも十分に低い温度領域（通常は４０℃前後）で行う。この温度領域ならば光導波路部の導波特性を可逆的に可変操作することができる。そして、長期にわたって安定した性能が得られる。
【特許文献１】特開昭２００１−９１７７６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した光導波路デバイスは性能の安定性等にすぐれた完成度の高い光デバイスである。本発明者は、その光導波路デバイスのすぐれた特性を保持しつつ、それをさらに小型化することを検討した。上述した従来の光導波路デバイスもすでに、かなりの小型化が達成されているが、それをさらに小型化することができれば、既存の光通信設備および光通信機器の小型化および低コスト化を促進することはもちろん、従来にはない新たな用途分野も期待される。
【０００８】
光導波路部を薄膜ヒータで加熱操作する光導波路デバイスの場合、それを小型化するためにはヒータ長を短くする必要がある。しかし、ヒータ長が短いと、そのヒータによる熱光学効果が及ぶ長さも短くなるため、そのヒータの加熱操作により生じる可逆的に光路長変化の範囲すなわち可変制御レンジが狭くなってしまう。必要な可変制御レンジを確保するためには、ヒータの加熱温度を従来よりも高くする必要がある。
【０００９】
しかし、ヒータの加熱温度を高くすると、その高温度の熱操作により、ゆっくりではあるが、長期間の場合には無視できない、不可逆的な特性変化を生じるようになることが判明した。このため、上述した可変型光導波路デバイスをさらに小型化することはできなかった。
【００１０】
この発明は以上のような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ガラス基板にイオン交換法で形成された光導波路の導波特性を熱光学効果により可逆的に可変操作させるようにした光導波路デバイスにあって、ヒータ長を短くして従来よりも高温で加熱操作が行われるようになった場合でも、デバイス特性を損なうことなく、その特性の経時変化を抑え、長期にわたって安定した性能が得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では次のような解決手段を提供する。  
すなわち、本発明の手段は、ガラス基板にイオン交換法で形成された光導波路の導波特性を熱光学効果により可逆的に可変操作させるようにした光導波路デバイスにおいて、上記可変操作が行われる可変光導波路部のモードフィールド径を非可変光導波路部のそれに対して１．２倍以上に拡散拡大させたことを特徴とする。この手段によれば、ヒータ長を短くして従来よりも高温で加熱操作が行われるようになった場合でも、デバイス特性を損なうことなく、その特性の経時変化を抑え、長期にわたって安定した性能が得られるようにすることができる。
【００１２】
上記手段において、拡散拡大された部分の光導波路部のモードフィールド径は１２μｍ〜３０μｍとするのが最適である。導波特性の可逆的可変操作はガラス基板上に形成された薄膜ヒータで行わせることができる。
【００１３】
ガラス基板にイオン交換法で形成された光導波路により、入力光および出力光を導波する単一の光導波路部と、Ｙ字状分岐部をなす一対の光導波路部と、平行アーム部をなす一対の光導波路部とを有するＭ−Ｚ干渉計を形成することができるが、この場合は、上記平行アーム部の光導波路部に導波特性を可変操作するための薄膜ヒータを配設するとよい。
【００１４】
ガラス基板としては１価のＮａイオンを含む多成分ガラスが適している。光導波路はそのＮａイオンとＡｇイオンの交換により形成することができる。
【００１５】
上記モードフィールド径の拡散拡大は、屈折率等の導波特性の可変操作が行われる可変光導波路部を選択的に加熱処理することにより行うことができる。その加熱処理は次のようにして行うことができる。
【００１６】
すなわち、ガラス基板の吸収波長域にある波長のレーザ光を照射する。レーザ光としては炭酸ガスレーザ光が好適である。  
加熱処理の対象部分に加熱体を接近または接触させる。加熱体にはアルミニウム等の高熱伝導体を使用し、これを電気ヒータなどの発熱体で加熱するとよい。  
加熱処理の対象部分に金属膜を設け、この金属膜にレーザ光を照射して発熱させる。  
加熱処理の対象部分に薄膜ヒータを設け、この薄膜ヒータを通電発熱させる。
【００１７】
光導波路の導波特性を熱光学効果により可逆的に可変操作させる手段として薄膜ヒータを設ける場合は、その薄膜ヒータにレーザ光照射して発熱させるか、または、その薄膜ヒータを大電力で通電発熱させることにより、上記加熱処理を行わせることができる。
【００１８】
上記マッハツェンダ干渉計を形成した場合は、導波特性の可逆的可変操作が行われる光導波路部を上記方法で加熱処理する。そして、上述した加熱処理は１８０℃〜３５０℃で行うことが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上記手段よれば、ヒータ長を短くして従来よりも高温で加熱操作が行われるようになった場合でも、デバイス特性を損なうことなく、その特性の経時変化を抑え、長期にわたって安定した性能が得られるようにすることができる。また、それらの特性や性能をより良く得ることができる光導波路デバイスを効率良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明による光導波路デバイスの一実施形態を模式的に示す。同図において、（ａ）は平面パターン図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部分における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ部分における断面図をそれぞれ示す。  
同図に示す光導波路デバイスは、ガラス基板１０にイオン交換法により所定パターンの光導波路部２０〜２４を形成したものであって、その光導波路部２０〜２４によりＭ−Ｚ干渉計が形成されている。Ｍ−Ｚ干渉計は、入力光および出力光の導波部にそれぞれ位置する単一の光導波路部２０，２０と、Ｙ字状分岐部をなす一対の光導波路部２１，２３と、平行アーム部をなす一対の光導波路部２２，２４により形成される。このＭ−Ｚ干渉計に可変位相シフタ（移相器）を組合わせて光アッテネータが構成されている。
【００２１】
位相シフタはガラス基板１０上に形成された薄膜ヒータ３２により構成されている。この薄膜ヒータ３２は、平行アーム部の片側をなす光導波路部２２上に沿ったガラス基板表面部に被着形成されている。薄膜ヒータ３２はＮｉ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｗ，Ｃｒ，Ｐｔ，Ａｕなどの金属単体またはそれらの合金からなり、スパッタリング、真空蒸着、あるいは化学エッチングなどにより、上記光導波路部２２上に所定の長さと幅で形成される。また、金属以外の薄膜ヒータ、たとえば炭素皮膜を用いた薄膜ヒータも使用可能である。
【００２２】
上記薄膜ヒータ３２に可変制御電圧Ｅｃを印加して通電発熱させると、光導波路部２２が加熱されて、いわゆる熱光学効果による可逆的な屈折率変化が生じる。この屈折率変化は光導波路部２２の光路長変化となって現れ、この光路長変化によって導波光の位相がシフトさせられる。その位相シフト量（移相量）は上記制御電圧Ｅｃの可変操作により可逆的に変化させることができる。これにより、導波光の変調（可変アッテネーション）を行うことができる。
【００２３】
さらに、本発明の光導波路デバイスでは、上記構成に加えて、薄膜ヒータ３２からの加熱を受けて導波特性（位相シフト量）が可逆的に可変操作される部分の光導波路部（可変光導波路部）２２でのモードフィールド径φｂが、他の部分の光導波路部（非可変光導波路部）２０，２１，２３，２４でのモードフィールド径φａよりも１．２〜３倍まで大きくなるように拡大されている。このモードフィールド径φｂの拡大は、光導波路部２２を形成するイオン交換部分を選択的に広く拡散させることにより行われる。つまり、非可変光導波路部２０，２１，２３，２４のモードフィールド径φａは１０μｍ程度に形成されるが、可変光導波路部２２のモードフィールド径φｂは１２μｍ〜３０μｍまで拡散拡大されている。
【００２４】
上記光導波路部２０〜２４は以下のように作製される。  
まず、ガラス基板に所定の光導波路パターンをなすイオン交換制御膜を形成する。ガラス基板は１価のＮａイオン（アルカリイオン）を含む多成分ガラスを用いる。このガラス基板の表面にフォトリゾグラフィ技術を用いて所定パターンのイオン交換制御膜を形成する。つまり、フォトレジスト・パターニングによる成膜を行う。イオン交換制御膜はたとえばＴｉ膜からなるイオン透過防止膜であって、ガラス基板を溶融塩中に浸漬したときに、その溶融塩中のイオンがガラス中に浸透するのを選択的に阻止する。
【００２５】
次に、所定パターンのイオン交換制御膜が形成されたガラス基板をＡｇイオンを含む溶融塩中に浸漬して１段階目のイオン交換処理を行う。このイオン交換は所定の加熱温度（２５０℃〜３５０℃）下で行う。このイオン交換処理により、ガラス基板表面部のＮａイオンが局部的にＡｇイオンに交換される。この局部的なイオン交換は上記イオン交換制御膜のパターンにしたがって行われる。
【００２６】
この後、イオン交換制御膜（Ｔｉ膜）を除去して２段階目のイオン交換処理を行う。このイオン交換も所定の加熱温度（２５０℃〜３５０℃）下で行う。この２段階目のイオン交換処理では、ガラス基板の厚み方向に電界を印加することにより、そのガラス基板の表面部に形成されたＡｇイオン交換部分をガラス基板中に移動させる。つまり、Ａｇイオン交換部分をガラス基板中に埋め込む。このようにしてガラス基板中に埋め込まれたＡｇイオン交換部分は、その周囲の非イオン交換部分すなわちＮａイオン部分よりも光屈折率が選択的に上昇させられることにより、光導波路を形成する。  
なお、ガラス基板には１価のＫイオンを含む多成分ガラスも使用可能である。また、光導波路はＮａとＡｇのイオン交換以外にも、たとえば、ＫとＴｌのイオン交換によっても形成することができる。
【００２７】
以上のような工程により、所定の光回路パターン（Ｍ−Ｚ干渉計）をなす光導波路部２０〜２４がガラス基板１０に埋込形成される。この段階での各光導波路部２０〜２４におけるＡｇイオンの拡散径および拡散濃度は互いに同じで、それぞれに単一モードの光導波路を形成する。この光導波路は約１０μｍのモードフィールド径を有する。
【００２８】
この後、上記薄膜ヒータ３２によって導波特性が可変操作される可変光導波路部２２だけを、１８０℃〜３５０℃の温度で選択的に加熱処理することにより、その部分でのＡｇイオンを１．２〜３倍まで拡散させる。これにより、図１の（ｂ）と（ｃ）に示すように、非可変光導波路部２０，２１，２３，２４でのモードフィールド径φａは元の１０μｍのままであるが、可変光導波路部２２でのモードフィールド径φｂだけが１２μｍ〜３０μｍまで拡散拡大されている。なお、位相シフタをなす薄膜ヒータ３２はその拡散拡大の後または前のいずれの段階で形成してもよい。
【００２９】
上述した光導波路デバイスは、上記可変光導波路部２２を薄膜ヒータ３２で加熱操作することにより、そのデバイス特性を可逆的に可変制御することができる。このとき、その可変光導波路部２２のモードフィールド径φｂはあらかじめ拡散拡大されているため、それ以上に拡散して拡大することはほとんどない。これにより、その光導波路部２２の特性が経時によって不可逆的に変化するのを抑制できることが判明した。すなわち、ガラス基板にイオン交換法で形成された光導波路の導波特性を熱光学効果により可逆的に可変操作させるようにした光導波路デバイスにおいて、ヒータ長を短くして従来よりも高温で加熱操作が行われるようになった場合でも、デバイス特性を損なうことなく、その特性の経時変化を抑え、長期にわたって安定した性能を得ることができるようになる。
【００３０】
上述した光導波路デバイスでは、可変光導波路部２２のモードフィールド径φｂを拡散により拡大させるが、その拡大率は１．２〜３倍の範囲が推奨される。１．２倍以下ではイオン拡散がまだ生じる可能性があり、３倍以上では拡散濃度が低くなりすぎて必要な導波特性が得にくくなってくる。単一モードの光導波路では波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径を１０μｍ程度とするのが適当であり、これに対し上記可変光導波路部２２の波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径φｂは１２μｍから３０μｍまでの拡散拡大が望ましい。この拡散拡大を行わせるための加熱処理の温度については、１８０℃〜３５０℃が好ましい。１８０℃以下では十分な拡散拡大が行えず、３５０℃以上では拡散拡大が過剰になりやすくなってしまう。なお、可変光導波路部２２と非可変光導波路部２１間の境界付近については、モードフィールド径が連続的でなだらかに変化するように配慮する。
【００３１】
図２は本発明による光導波路デバイスの別の実施形態を模式的に示す。同図において、（ａ）は平面パターン図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部分における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ部分における断面図をそれぞれ示す。  
同図に示す光導波路デバイスは、上述した実施形態のものに対し、Ｍ−Ｚ干渉計の平行アーム部をなす一対の光導波路部２２，２４のそれぞれに、位相シフタをなす薄膜ヒータ３２，３２が配設されている。この場合、上述した拡散拡大は、その薄膜ヒータ３２，３２が配設された一対の光導波路部２２，２４のそれぞれについて行う。
【００３２】
図３は上述した拡散拡大の実施方法に関する第１実施形態を示す。同図において、（ａ）は平面パターン図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ部分における断面図をそれぞれ示す。  
同図に示す実施形態では、上記可変光導波路部２２，２４が位置するガラス基板１０の中央部に炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ光を選択的に照射することにより上記拡散拡大を行わせる。この照射は、２本の光導波路部２２，２４を跨ぐ面状領域に行ってもよいが、各光導波路部２２，２４ごとにその直上から線状に照射しても良い。この場合、２本の光導波路部２２，２４を同時照射する方法と、１本ずつ順次照射する方法とがあり、どちらも可能である。
【００３３】
炭酸ガスレーザ光の波長はＮａなどの１価イオン含む多成分ガラスの吸収波長域（赤外域）にあるので、その照射によりガラス基板１０中の光導波路部２２，２４を効率的に加熱処理して上記拡散拡大させることができる。図中の符号５０はその拡散拡大のための加熱処理領域を示す。この加熱処理により上記可変光導波路部２２，２４のモードフィールド径φｂを他の部分よりも１．２〜３倍に拡散拡大させることができる。この拡散拡大処理は、位相シフタをなす薄膜ヒータの形成前または形成後のいずれの段階で行ってもよい。なお、レーザ光は、ガラス基板１０を効率良く加熱させることができる波長と出力があれば、炭酸ガス以外のレーザ光であってもよい。
【００３４】
図４は上述した拡散拡大の実施方法に関する第２実施形態を示す。同図に示す実施形態では、ヒータ等の発熱体６１に加熱体６２を取り付け、この加熱体６２を光導波路（Ｍ−Ｚ干渉計）が作製されたガラス基板１０に接近または接触させることにより、上記拡散拡大のための加熱処理を行う。加熱体６２はアルミニウム等の高熱伝導ブロックからなり、これを拡散拡大を行わせる部分に接近または接触させて選択的な加熱を行う。この拡散拡大処理は、上記第１実施形態と同様、位相シフタをなす薄膜ヒータの形成前または形成後のいずれの段階で行ってもよい。
【００３５】
図５は上述した拡散拡大の実施方法に関する第３実施形態を示す。同図に示す実施形態では、光導波路（Ｍ−Ｚ干渉計）が作製されたガラス基板１０上に金属膜６４を被着形成し、この金属膜６４に炭酸ガスレーザ光を照射して発熱させることにより、上記拡散拡大のための加熱処理を行わせる。金属膜６４はレーザ光を効率良く吸収して発熱できるよう、表面に着色等を処理を施すことが望ましい。また、上記金属膜６４を比較的高電気抵抗の金属材料で形成すれば、レーザ光ではなく、高周波誘導によって発熱させ、この発熱によって上記拡散拡大のための加熱処理を行わせることもできる。この場合も、その拡散拡大処理は、位相シフタをなす薄膜ヒータの形成前または形成後のいずれの段階で行ってもよいが、薄膜ヒータの形成後に行う場合は、その薄膜ヒータを上記金属膜６４の代りに発熱させて上記拡散拡大処理を行わせることが可能になる。
【００３６】
図６は上述した拡散拡大の実施方法に関する第４実施形態を示す。同図に示す実施形態では、ガラス基板１０に光導波路（Ｍ−Ｚ干渉計）および位相シフタをなす薄膜ヒータ３２を形成した後、その薄膜ヒータ３２に位相制御電圧Ｅｃよりも十分に高い加熱処理電圧Ｅｐを与えることにより、その薄膜ヒータ３２を大電力で通電発熱させる。その発熱によって上記拡散拡大のための加熱処理を行わせる。この場合、薄膜ヒータ３２は大電力での通電発熱に耐えるように形成する必要があるが、上記拡散拡大を行った後は、そのまま位相シフタとして使用することができる。
【００３７】
図７は上述した拡散拡大の実施方法に関する第５実施形態を示す。図６に示した実施形態では、薄膜ヒータ３２による位相シフトが、平行アーム部をなす一対の光導波路部２２，２４の一方（２２）だけに配設されていたが、図７に示す実施形態では、その薄膜ヒータ３２が、平行アーム部をなす一対の光導波路部２２，２４の両方にそれぞれ配設されている。この場合も、上記実施形態と同様、２つの薄膜ヒータ３２，３２にそれぞれ大電力で通電発熱させることにより、各光導波路部２２，２４をそれぞれ拡散拡大させることができる。
【００３８】
図６と図７に示した実施形態では薄膜ヒータ３２を通電により発熱させていたが、その通電発熱の代りに、炭酸ガス等のレーザ光をその薄膜ヒータ３２に照射して発熱させ、この発熱で光導波路部２２，２４を拡散拡大させるようにしてもよい。
【００３９】
＝＝＝＝実施例１＝＝＝＝
上述した本発明による光導波路デバイスの製造方法について、その具体的な実施例を示す。  
（１）１段階目のイオン交換処理：
まず、１価のアルカリイオンとしてＮａイオンを含んだガラス基板の片面に、所定パターンのイオン交換制御膜を形成した。イオン交換制御膜としてＴｉ膜を使用した。このＴｉ膜をスパッタリング法で全面形成した後、フォトリゾグラフィ技術により所定の光導波路パターンにパターニングした。  
次に、上記ガラス基板をＡｇイオンを含む溶融塩中に浸漬して１段階目のイオン交換処理を行った。この１段階目のイオン交換処理は、Ａｇイオン源として硝酸銀２０％を含む溶融塩を使用した。処理温度は２９０℃で、処理時間は６０分とした。
【００４０】
（２）２段階目のイオン交換処理：
この後、上記イオン交換制御膜（Ｔｉ膜）を除去して２段階目のイオン交換処理を行った。この２段階目のイオン交換処理は、１段階目のイオン交換処理を行ったガラス基板をＡｇイオンを含まない溶融塩中に浸漬するとともに、そのガラス基板の厚み方向に電界をかけて行った。このときの処理温度は２９５℃、印加電界は１００Ｖ／ｍｍ、処理時間は１０５分とした。これにより、Ｍ−Ｚ干渉計をなす光導波路をガラス基板中に埋込形成した。
【００４１】
（３）薄膜ヒータの形成：
２段階目のイオン交換処理が完了したガラス基板上に位相シフタをなす薄膜ヒータを形成し、その薄膜ヒータへの通電によって光伝送特性（挿入損失）が可変制御される光アッテネータを作製した。薄膜ヒータの形成はスパッタリングにより行った。
【００４２】
（４）モードフィールド径の拡散拡大処理：
上記薄膜ヒータの通電発熱によって導波特性（位相シフト量）が可変制御される光導波路部分を選択的に加熱処理することにより、その光導波路部分のモードフィールド径を拡散により拡大させる処理を行った。ここで、上記加熱処理の温度を２８０℃とし、処理時間によるモードフィールド径（Ｘ軸方向とＹ軸方向）と光アッテネータ特性（挿入損失）の各変化履歴を調べたところ、以下の表１に示すような結果となった。表１において、Ｘ軸モードフィールド径（Ｘ軸ＭＦ径）はＸ軸方向のモードフィールド径（μｍ）、Ｙ軸モードフィールド径（Ｙ軸ＭＦ径）はＹ軸方向のモードフィールド径（μｍ）をそれぞれ示す。各モードフィールド径はそれぞれ波長１５５０ｎｍの光で測定したときのものである。
【表１】
2005077943.tif 000003
【００４３】
上記表１から、一定範囲内（３０μｍ以下）でのモードフィールド径の拡散拡大は光学特性（挿入損失）に影響を及ぼさないことがわかる。これにより、ヒータ長を短くして従来よりも高温で加熱操作が行われるようになった場合でも、デバイス特性を低下させることなく、その特性の経時変化を抑えることができる。
【００４４】
＝＝＝＝実施例２＝＝＝＝
実施例１と同様にイオン交換膜で作成したＭ−Ｚ干渉計と電極ヒータ（薄膜ヒータ）を用いて構成されるＶＯＡ（可変光減衰器）を試作した。この試作品に対し、前述した方法により部分的な熱拡散処理を行った。この処理は、温度が２８０℃で、処理時間が０ｈ，２ｈ，８ｈ，１６ｈの各条件でそれぞれ行った。
【００４５】
各条件で熱拡散処理された試作品に対してそれぞれ、０．１πｒａｄの位相変化（不可逆的変化）が生じる時間（経時変化）を加速試験により調べた。加速試験はヒータ加熱による経時変化（不可逆的変化）を加速させるためであって、８５℃の環境温度下で上記ヒータに１．０Ｗの電力を通電し、光導波路部の温度を約１８０℃に加熱して行った。各試作品ごとに０．１πｒａｄの位相変化が生じる時間（ｈ）を計測したところ、表２のようになった。
【表２】
2005077943.tif 000004
【００４６】
ここで、位相を可逆的に可変操作するために使用する上記ヒータへの通電電力は通常２５０ｍＷ程度であるが、この通電電力での加熱による位相の不可逆変化を測定しようとした場合、数年以上を必要とする。そこで、上記加速試験を行ったわけであるが、その加速試験の結果は表２に示したように、上記熱拡散処理がヒータ加熱による位相の不可逆的変化を遅らせる上で非常に有効であることを示している。つまり、上記熱拡散処理を行うことで、ヒータ加熱による特性の経時変化を大幅に低減させることができる。
【００４７】
以上、本発明をその代表的な実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、本発明は、光アッテネータ以外の光導波路デバイスににも適用可能である。
【００４８】
本発明は、請求の範囲にて列挙したほかに、以下の付記のような発明形態を有する。
【００４９】
＝＝＝＝付記＝＝＝＝
付記１：
前記可変光導波路部の波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径を１２μｍ〜３０μｍにまで拡散拡大させることを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【００５０】
付記２：
前記レーザ光として炭酸ガスレーザ光を用いることを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【００５１】
付記３：
前記加熱処理を加熱体の接近または接触により行うことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【００５２】
付記４：
前記加熱処理の対象部分に金属膜を設け、この金属膜にレーザ光を照射して上記金属膜を発熱させることにより前記加熱処理を行うことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【００５３】
付記５：
前記加熱処理の対象部分に薄膜ヒータを設け、この薄膜ヒータを通電発熱させることにより前記加熱処理を行うことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【００５４】
付記６：
光導波路の導波特性を熱光学効果により可逆的に可変操作させる手段として薄膜ヒータを設けるとともに、この薄膜ヒータにレーザ光を照射して発熱させることにより前記加熱処理を行うことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【００５５】
付記７：
ガラス基板にイオン交換法で形成された光導波路により、入力光および出力光を導波する単一の光導波路部と、Ｙ字状分岐部をなす一対の光導波路部と、平行アーム部をなす一対の光導波路部とを有するマッハツェンダ干渉計を形成した後、導波特性の可逆的可変操作が行われる光導波路部を請求項８〜１４のいずれかの方法で加熱処理することによりその部分でのモードフィールド径を拡大拡散させることを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【００５６】
付記８：
前記ガラス基板として１価のＮａイオンを含む多成分ガラスを使用し、上記ＮａイオンをＡｇイオンに交換させることにより前記光導波路を形成することを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
ガラス基板にイオン交換法で形成された光導波路の導波特性を熱光学効果により可逆的に可変操作させるようにした光導波路デバイスにあって、ヒータ長を短くして従来よりも高温で加熱操作が行われるようになった場合でも、デバイス特性を損なうことなく、その特性の経時変化を抑え、長期にわたって安定した性能が得られるようにすることができる。また、ヒータ長を短くしてさらに小型化が可能になったことにより、既存の光通信設備および光通信機器の小型化および低コスト化を促進することはもちろん、従来にはない新たな用途分野も期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る光導波路デバイスの一実施形態を模式的に示す平面図および断面図である。
【図２】本発明に係る光導波路デバイスの別の実施形態を模式的に示す平面図および断面図である。
【図３】モードフィールド径を拡散拡大させる方法の第１実施形態を模式的に示す平面図および断面図である。
【図４】本発明で行う拡散拡大処理の第２実施形態を模式的に示す断面図である。
【図５】モードフィールド径を拡散拡大させる方法の第３実施形態を模式的に示す断面図である。
【図６】モードフィールド径を拡散拡大させる方法の第４実施形態を模式的に示す断面図である。
【図７】モードフィールド径を拡散拡大させる方法の第５実施形態を模式的に示す断面図である。
【図８】従来の光導波路デバイスの構成例を模式的に示す平面図および断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０    ガラス基板
２０〜２４    光導波路部
φａ    モードフィールド径（非可変光導波路部）
φｂ    モードフィールド径（可変導波路部）
３２    薄膜ヒータ（位相シフタ）
６１    発熱体
６２    加熱体
６４    金属膜
Ｅｃ    移相制御電圧
Ｅｐ    加熱処理電圧
【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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