(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ基板と、
前記Ｓｉ基板上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の一方の主表面上において互いにほぼ平行に並ぶ複数のＳｉ光導波路と、
前記Ｓｉ基板の前記複数のＳｉ光導波路が並ぶ方向における温度分布の勾配を制御するヒータとを備え、
前記ヒータは、前記Ｓｉ光導波路が並ぶ方向における前記Ｓｉ基板の高屈折率側となる一方の側端面上に設けられ、
前記ヒータが発した熱は、前記Ｓｉ基板の前記一方の側端面から前記一方の側端面に対向する低屈折率側となる他方の側端面に向かって伝導され、
前記Ｓｉ基板の熱抵抗が、前記一方の側端面と前記他方の側端面との間において、２０Ｋ／Ｗより大きくかつ２０００Ｋ／Ｗより小さい、平面導波路素子。
【請求項２】
前記Ｓｉ基板の厚さと前記Ｓｉ基板の前記複数のＳｉ光導波路が延びる方向における長さとの積が、５００μｍ2より大きくかつ５００００μｍ2より小さい、請求項１に記載の平面導波路素子。
【請求項３】
Ｓｉ基板と、
前記Ｓｉ基板上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の一方の主表面上において互いにほぼ平行に並ぶ複数のＳｉ光導波路と、
前記Ｓｉ基板の前記複数のＳｉ光導波路が並ぶ方向における温度分布の勾配を制御するヒータとを備え、
前記ヒータは、前記Ｓｉ光導波路が並ぶ方向における前記Ｓｉ基板の一方の側端面上に設けられ、
前記ヒータが発した熱は、前記Ｓｉ基板の前記一方の側端面から前記一方の側端面に対向する他方の側端面に向かって伝導され、
前記Ｓｉ基板の熱抵抗が、前記一方の側端面と前記他方の側端面との間において、２０Ｋ／Ｗより大きくかつ２０００Ｋ／Ｗより小さく、
前記Ｓｉ基板の不純物濃度が１×１０20ｃｍ-3より大きくかつ１×１０22ｃｍ-3より小さく、さらに、
前記Ｓｉ基板の厚さと前記Ｓｉ基板の前記複数のＳｉ光導波路が延びる方向における長さとの積の値が５００μｍ2より大きくかつ１０００００μｍ2より小さい、平面導波路素子。
【請求項４】
前記複数のＳｉ光導波路は不純物がドープされていないＳｉからなる、請求項１に記載の平面導波路素子。
【請求項５】
基板と、
前記基板の一方の主表面の上方において互いにほぼ平行に並ぶ複数の光導波路と、
前記基板の前記複数の光導波路が並ぶ方向における温度分布の勾配を制御するヒータとを備え、
前記ヒータは、前記基板の他方の主表面上に設けられた複数の発熱部を有し、
前記複数の発熱部は、該複数の発熱部が並ぶ方向と前記複数の光導波路が並ぶ方向とがほぼ同一になるように、前記基板の前記他方の主表面上において一方端から他方端まで互いにほぼ平行に延びており、
前記複数の発熱部のそれぞれは、同一形状かつ同一の大きさを有しており、
前記複数の発熱部の配置パターンは、前記複数の発熱部が並ぶ方向において、前記複数の発熱部のうちの隣接する発熱部同士の間隔が徐々に大きくなるパターンである、平面導波路素子。
【請求項６】
基板と、
前記基板の一方の主表面の上方において互いにほぼ平行に並ぶ複数の光導波路と、
前記基板の前記複数の光導波路が並ぶ方向における温度分布の勾配を制御するヒータとを備え、
前記ヒータは、前記基板の他方の主表面上に設けられた複数の発熱部を有し、
前記複数の発熱部は、該複数の発熱部が並ぶ方向と前記複数の光導波路が並ぶ方向とがほぼ同一になるように、前記基板の前記他方の主表面上において一方端から他方端まで互いにほぼ平行に延びており、
前記複数の発熱部のそれぞれは、同一形状かつ同一の大きさを有しており、
前記複数の発熱部のうち、前記複数の発熱部が並ぶ方向において最も外側に位置する１つの発熱部の両端部に、それぞれ、電源装置のプラス端子に接続された電線およびマイナス端子に接続された電線が接続され、
前記複数の発熱部は、それらのうちの隣接する発熱部同士の対応する両端部のそれぞれ同士が互いに電線によって接続されている、平面導波路素子。
【請求項７】
基板と、
前記基板の一方の主表面の上方において互いにほぼ平行に並ぶ複数の光導波路と、
前記基板の前記複数の光導波路が並ぶ方向における温度分布の勾配を制御するヒータとを備え、
前記ヒータは、前記基板の他方の主表面上に設けられた複数の発熱部を有し、
前記複数の発熱部は、該複数の発熱部が並ぶ方向と前記複数の光導波路が並ぶ方向とがほぼ垂直になるように、前記基板の前記他方の主表面上において一方端から他方端まで同じ方向に沿って並べられており、
前記複数の発熱部のそれぞれは、同一形状かつ同一の大きさを有しており、
前記複数の発熱部のそれぞれは、その幅が徐々に大きくなり、
前記複数の発熱部の配置パターンは、前記複数の発熱部のうちの隣接する発熱部同士の間隔が等しいパターンである、平面導波路素子。
【請求項８】
基板と、
前記基板の主表面の一方の上方において互いにほぼ平行に並ぶ複数の光導波路と、
前記基板の前記複数の光導波路が並ぶ方向における温度分布の勾配を制御するヒータと、
前記基板の他方の主表面上に設けられた補強基板とを備え、
前記ヒータは、前記複数の光導波路が並ぶ方向における前記基板の一方の側端面上に設けられ、
前記ヒータが発した熱は、前記基板の前記一方の側端面から前記一方の側端面に対向する他方の側端面に向かって伝導され、
前記補強基板の熱伝導率が前記基板の熱伝導率よりも低い、平面導波路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的ブロッホ振動を利用して、多重化された信号波を分波し、分波された信号波のそれぞれを所望のポートから出力する平面導波路素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長多重（Wavelength Division Multiplexing：以下「ＷＤＭ」という。）光通信では、波長１.５５μｍの信号波および波長１.３μｍの信号波からなる多重波が１本の光ファイバで伝送されるため、大容量かつ高速の光通信が実現される。一方、ＷＤＭ光通信においては、個々の信号波が指定されたポートから出力されるように、多重波を分波する素子が必要である。分波素子としては、光学的ブロッホ振動(Optical Bloch Oscillations：以下、「ＯＢＯ」という。）を利用する平面導波路素子（以下、「ＯＢＯ平面導波路素子」という。）が、たとえば、後述する非特許文献１〜４において、提案されている。
【０００３】
図４８は、非特許文献２において開示されたＯＢＯ平面導波路素子を示している。図４８に示すように、従来のＯＢＯ平面導波路素子３００は、ＳｉＯ2（二酸化珪素）およびガラスからなる基板３０１、伝播する信号波が光導波路から漏れ出すことを防止する高分子クラッド層３０２、光が伝播するための高分子材料からなる複数の光導波路３０３、複数の光導波路３０３における信号波の入力ポート３０４および信号波の出力ポート３０５、ならびに、基板３０１の温度分布の勾配を制御するためのヒータ３０６およびヒートシンク３０７を備えている。
【０００４】
また、図４８には、ＯＢＯしながら複数の光導波路３０３を伝播する信号波の道筋３０８が描かれている。ここで、図４８に示すように複数の光導波路３０３が並ぶ方向をＸ軸方向、各光導波路３０３が延びる方向をＹ軸方向、かつ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。なお、非特許文献２では、基板３０１の厚さおよび大きさが記載されていない。
【０００５】
次に、ＯＢＯ平面導波路素子３００の製造方法を説明する。まず、光導波路３０３となる高分子材料を基板３０１上に堆積させる。その高分子材料上にレジスト膜を塗布する。その後、電子線描画またはフォトリソグラフィによって、前述のレジスト膜に光導波路３０３のパターンを形成する。このパターンが形成されたレジスト膜をマスクとして、前述の高分子材料をエッチングする。それにより、ＯＢＯ平面導波路素子３００の光導波路３０３が得られる。その後、基板３０１および光導波路３０３を覆うように、高分子クラッド層３０２を堆積させる。次に、基板３０１のＸ軸方向における一方の側端部にヒータ３０６を装着する。また、基板３０１のＸ軸方向における他方の側端部にヒートシンク３０７を装着する。
【０００６】
上述のＯＢＯ平面導波路素子３００によれば、ヒータ３０６の温度調整によって、基板３０１のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差が制御される。また、この温度差に応じて光導波路３０３のＸ軸方向の単位長さあたりの屈折率の差が変化する。この屈折率の差に起因してＯＢＯが発現する。一般に、高分子材料からなる光導波路３０３を有するＯＢＯ平面導波路素子３００においては、基板３０１が高温である位置の光導波路３０３の屈折率が、基板３０１が低温である位置の光導波路３０３の屈折率よりも低くなる。
【０００７】
前述のＯＢＯ平面導波路素子３００の使用時には、ヒータ３０６およびヒートシンク３０７の機能によって、基板３０１のＸ軸方向の温度分布に勾配が生じる。次に、信号波の強度のピークが所定の一つの入力ポート３０４に位置するように、異なる波長を有する複数の信号波がＯＢＯ平面導波路素子３００中へ入力される。それにより、複数の信号波のそれぞれは、進行している光導波路３０３から漏れ出し、隣接する光導波路３０３に結合する。その結果、複数の信号波は、Ｙ軸方向において伝播しながら、Ｘ軸方向においてＯＢＯを起こす。一般に、信号波の波長が大きくなるにつれて、ＯＢＯの振幅が大きくなる。また、ＯＢＯは、光導波路３０３のＸ軸方向の単位長さあたりの屈折率の差、すなわち光導波路３０３のＸ軸方向の屈折率の分布の勾配が大きくなるにつれて、その振幅が小さくなる性質を有する。つまり、ＯＢＯの性質によれば、信号波の波長毎にＯＢＯの振幅が異なる。
【０００８】
また、多重波は、異なる波長を有する複数の信号波が重ね合わされたものである。そのため、ＯＢＯ平面導波路素子３００に入力された多重波は、ＯＢＯ平面導波路素子３００内を伝播する道筋３０８が波長によって異なっている。つまり、多重波はＯＢＯ平面導波路素子３００内で分波されることになる。また、分波された信号波のそれぞれは、単一波として、固有の出力ポート３０５から出力される。
【０００９】
また、ヒータ３０６およびヒートシンク３０７を用いて、基板３０１のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差を調整すると、光導波路３０３のＸ軸方向の単位長さあたりの屈折率の差が制御される。この屈折率の差の制御によって、分波された信号波のＯＢＯの振幅の大きさを調整して、個々の信号波の出力ポート３０５を自在に指定することができる。したがって、ＯＢＯ平面導波路素子３００は可変分波器として利用され得る。
【００１０】
しかしながら、ＷＤＭ光通信の分波素子としてＯＢＯ平面導波路素子３００が用いられた場合、波長１．５５μｍ帯および波長１．３μｍ帯の信号波が、高分子材料からなる光導波路３０３を伝播すると、信号波の伝播損失が大きくなる。そのため、高分子材料からなる光導波路３０３を有するＯＢＯ平面導波路素子３００は、ＷＤＭの分波素子として適していない。
【００１１】
一方、非特許文献４では、波長１．５５μｍ帯の信号波の伝播損失を低減する方法として、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板が使用され、光導波路の材料としてシリコンが用いられている。ＳＯＩ基板では、シリコン(Ｓｉ)基板上に、酸化珪素（ＳｉＯ2）層およびＳｉ層がこの順番で積層されている。この最上層に位置する厚さ約０．３μｍのＳｉ層がエッチングされて、Ｓｉからなる光導波路（以下、「Ｓｉ光導波路」という。）が形成されている。このＯＢＯ平面導波路素子によれば、波長１．５５μｍ帯の信号波が、Ｓｉ光導波路を伝播しても、信号波の伝播損失はかなり小さい。
【非特許文献１】「R.Morandotti, U.Peschel, and J.S.Aitchison, ”Experimental Observation of Linear Nonlinear Optical Bloch Oscillations”, Physical Review Letters, Vol.83, No.23, 4756-4759 (1999).」
【非特許文献２】「T.Pertsch, P.Dannberg, W.Elflein, and A.Brauer, “Optical Bloch Oscillations in Temperature Tuned Waveguide Arrays”, Physical Review letters, Vol.83, No.23, 4752-4755 (1999).」
【非特許文献３】「U.Peschel, T.Pertsch, and F.Lederer “Optical Bloch oscillations in waveguide arrays”, Optics Letters, Vol.23, No.21, 1701-1704 (1998).」
【非特許文献４】「A.Sakaki, G.Hara and T.Baba “Propagation Characteristics of Ultrahigh-Δ Optical Waveguide on Silicon-on-Insulator Substrate”, Japanese Journal Applied Physics. Vol.40, No.4B, L383-L385 (2001).」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ＯＢＯ平面導波路素子における伝播損失を低減するために、前述の非特許文献４に記載されているように、ＳＯＩ基板を用いて形成されたＳｉ光導波路を有するＯＢＯ平面導波路素子を用いると、Ｓｉ基板のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差（温度分布の勾配）を制御するヒータの消費電力が大きくなってしまうという問題が生じる。
【００１３】
つまり、前述のＯＢＯ平面導波路素子においては、Ｓｉ基板の熱抵抗が従来のＯＢＯ平面導波路素子３００の基板３０１よりも低いため、従来と同様の消費電力でヒータを使用した場合、Ｓｉ基板のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差が小さくなる。したがって、Ｓｉ基板のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差を従来と同様の値にするためには、従来のＯＢＯ平面導波路素子３００よりも大きな消費電力が必要になってしまう。
【００１４】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、多重化された信号波を分波するために必要なヒータの消費電力が低減されたＯＢＯ平面導波路素子を提供することである。
【００１５】
また、ヒータの温度を従来の値よりも高くすることによって、Ｓｉ基板のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差を従来と同様の値にする場合、分波された信号波のそれぞれの出力ポートが変更されるまでに要する時間が長くなってしまう。つまり、ＯＢＯ平面導波路素子の応答性が低下してしまう。
【００１６】
また、従来の平面導波路素子においては、ヒータ３０６は基板３０１の一方の側端面に１つ設けられ、ヒートシンク３０７が基板の他方の側端面に１つ設けられているだけであるため、基板を製造するためにＳＯＩ基板が用いられているか否かに関わらず、ヒータ３０７からヒートシンク３０６までの熱伝導のためのかなり長い時間を要してしまうとともに、基板３０１の温度分布を部分ごとに制御することができない。したがって、従来のＯＢＯ平面導波路素子は、信号波の出力ポートの変更のための時間が長くなってしまうとともに、基板の温度分布の木目細かな制御ができない。
【００１７】
本発明の他の目的は、多重波を分波するために必要な時間を短縮するとともに、基板の温度分布を木目細かく制御できるようにすることによって、応答性および制御性が向上したＯＢＯ平面導波路素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一の局面のＯＢＯ平面導波路素子は、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板上に設けられた絶縁層と、絶縁層の一方の主表面上において互いにほぼ平行に並ぶ複数のＳｉ光導波路と、Ｓｉ基板の複数のＳｉ光導波路が並ぶ方向における温度分布の勾配を制御するヒータとを備えている。また、ヒータは、Ｓｉ光導波路が並ぶ方向におけるＳｉ基板の高屈折率側となる一方の側端面上に設けられ、ヒータが発した熱は、Ｓｉ基板の一方の側端面から一方の側端面に対向する低屈折率側となる他方の側端面に向かって伝導される。さらに、Ｓｉ基板の熱抵抗が、一方の側端面と他方の側端面との間において、２０Ｋ／Ｗより大きくかつ２０００Ｋ／Ｗより小さい。
【００１９】
上記の構成によれば、従来のＳｉ基板の熱抵抗である２０Ｋ／Ｗよりも大きな熱抵抗を有するＳｉ基板が用いられているため、Ｓｉ基板の温度分布の勾配が大きくなり易い。そのため、従来の平面導波路素子との比較において、ヒータの消費電力を低減することができる。
【００２０】
また、熱抵抗を大きくするためにＳｉ基板の厚さとＳｉ基板の複数のＳｉ光導波路が延びる方向における長さとの積を小さくすることが考えられるが、前述の積をあまり小さくすると、Ｓｉ基板は、極めて小さくなるので、十分な機械的強度を有しなくなり、損傷し易くなる。しかしながら、上記の構成によれば、Ｓｉ基板の熱抵抗の上限値が２０００Ｋ／Ｗより小さいため、損傷のおそれが少ないサイズのＳｉ基板を用いた平面導波路素子が得られる。
【００２１】
また、従来よりも少ない消費電力で従来の平面導波路素子の制御と同様の制御を行なうことができるため、従来の平面導波路素子路と同様の消費電力で本発明の平面導波路素子を制御すれば、その応答性を向上させることができる。
【００２２】
また、Ｓｉ基板の厚さとＳｉ基板の複数のＳｉ光導波路が延びる方向における長さとの積は、５００μｍ2より大きくかつ５００００μｍ2より小さいことが望ましい。この構成によれば、前述の積が５００μｍ2（２０００Ｋ／Ｗに対応）より大きいため、Ｓｉ基板の機械的強度が十分に確保される。また、前述の積が５００００μｍ2（２０Ｋ／Ｗに対応）より小さいため、Ｓｉ基板の熱抵抗が２０Ｋ／Ｗより大きくなる。
【００２３】
本発明の別の局面のＯＢＯ平面導波路素子は、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板上に設けられた絶縁層と、絶縁層の一方の主表面上において互いにほぼ平行に並ぶ複数のＳｉ光導波路と、Ｓｉ基板の複数のＳｉ光導波路が並ぶ方向における温度分布の勾配を制御するヒータとを備えている。また、ヒータは、Ｓｉ光導波路が並ぶ方向におけるＳｉ基板の一方の側端面上に設けられ、ヒータが発した熱は、Ｓｉ基板の一方の側端面から一方の側端面に対向する他方の側端面に向かって伝導される。さらに、Ｓｉ基板の熱抵抗が、一方の側端面と他方の側端面との間において、２０Ｋ／Ｗより大きくかつ２０００Ｋ／Ｗより小さい。この構成において、Ｓｉ基板の不純物濃度が１×１０20ｃｍ-3より大きくかつ１×１０22ｃｍ-3より小さく、さらに、Ｓｉ基板の厚さとＳｉ基板の複数のＳｉ光導波路が延びる方向における長さとの積の値が５００μｍ2より大きくかつ１０００００μｍ2より小さい。このように、Ｓｉ基板に不純物がドープされていれば、Ｓｉ基板の厚さとＳｉ基板の複数のＳｉ光導波路が延びる方向における長さとの積の上限値を大きくすることができる。なお、不純物濃度が１×１０20ｃｍ-3以下であれば、Ｓｉ基板への不純物のドーピングによる効果がほとんど得られないおそれがある。また、不純物濃度が１×１０22ｃｍ-3以上であれば、Ｓｉ基板の特性の大きな変化に起因する不具合が生じるおそれがある。そのため、不純物濃度は、前述の範囲内であることが望ましい。
【００２４】
また、複数のＳｉ光導波路は不純物がドープされていないＳｉからなっていることが望ましい。この構成によれば、複数の光導波路に不純物がドープされている平面導波路素子に比較して、高温のＳｉ光導波路のキャリア濃度と低温のＳｉ光導波路のキャリア濃度との差が大きくなる。また、キャリア濃度の差が大きいほど、屈折率の差が大きい。そのため、ヒータがＳｉ基板に与える熱容量が同一であっても、高温のＳｉ光導波路の屈折率と低温のＳｉ光導波路の屈折率との差が大きくなる。したがって、ＯＢＯ平面導波路素子の消費電力が低減される。
【００２５】
本発明の他の局面のＯＢＯ平面導波路素子は、基板と、基板の一方の主表面の上方において互いにほぼ平行に並ぶ複数の光導波路と、基板の複数の光導波路が並ぶ方向における温度分布の勾配を制御するヒータとを備えている。また、ヒータは基板の他方の主表面上に設けられた複数の発熱部を有している。
【００２６】
上記の構成によれば、複数の発熱部を用いて基板の温度分布の勾配を制御することができるため、１つの発熱部を用いて基板の温度分布の勾配を制御する平面導波路素子に比較して、温度分布の勾配をより速く大きくすることができる。したがって、平面導波路素子の応答性が向上する。また、基板の各部の温度変化を個別に制御することができるため、平面導波路素子の応答性および制御性が向上する。さらに、応答性および制御性が向上すれば、ヒータの消費電力が低減される。
【００２７】
前述の他の局面のうちのＯＢＯ平面導波路素子のうちの一の形態においては、前述の複数の発熱部は、複数の発熱部が並ぶ方向と複数の光導波路が並ぶ方向とがほぼ同一になるように、基板の他方の主表面上において一方端から他方端まで互いにほぼ平行に延びており、複数の発熱部のそれぞれは、同一形状かつ同一の大きさを有しており、複数の発熱部の配置パターンは、複数の発熱部が並ぶ方向において、複数の発熱部のうちの隣接する発熱部同士の間隔が徐々に大きくなるパターンである。この場合、複数の発熱部のうちの互いに隣接する２つの発熱部の組み合わせ同士の関係において、２つの発熱部の単位長さあたりの数密度が、温度分布の勾配に対応している。
【００２８】
また、他の局面のうちのＯＢＯ平面導波路素子のうちの他の形態においては、前述の複数の発熱部は、複数の発熱部が並ぶ方向と複数の光導波路が並ぶ方向とがほぼ同一になるように、基板の他方の主表面上において一方端から他方端まで互いにほぼ平行に延びており、複数の発熱部のそれぞれは、同一形状かつ同一の大きさを有しており、複数の発熱部のうち、複数の発熱部が並ぶ方向において最も外側に位置する１つの発熱部の両端部に、それぞれ、電源装置のプラス端子に接続された電線およびマイナス端子に接続された電線が接続されており、複数の発熱部は、それらのうちの隣接する発熱部同士の対応する両端部のそれぞれ同士が互いに電線によって接続されている。この場合、複数の発熱部のうちの互いに隣接する２つの発熱部の組合わせ同士の間の関係において、２つの発熱部の間隔（ピッチ）に対する２つの発熱部の印加電圧の差の比が、温度分布の勾配に対応している。なお、本局面の発明においては、２つの発熱部の間隔とは、それぞれの基準線同士の間の距離を意味するものとする。
【００２９】
また、前述の他の局面のうちのＯＢＯ平面導波路素子のうちのさらに他の形態においては、前述の複数の発熱部は、複数の発熱部が並ぶ方向と複数の光導波路が並ぶ方向とがほぼ垂直になるように、基板の他方の主表面上において一方端から他方端まで互いに同じ方向に沿って並べられており、複数の発熱部のそれぞれは、同一形状かつ同一の大きさを有しており、複数の発熱部のそれぞれは、その幅が徐々に大きくなり、複数の発熱部の配置パターンは、複数の発熱部のうちの隣接する発熱部同士の間隔が等しいパターンである。この場合、複数の発熱部の平面視における幅の合計の変化の度合が、温度分布の勾配に対応している。
【００３０】
さらに、前述の一の局面、前述の他の局面、および後述のさらに他の局面の平面導波路素子以外の局面のＯＢＯ平面導波路素子として、前述の複数の発熱部は、複数の発熱部が並ぶ方向と複数の光導波路が並ぶ方向とがほぼ同一になるように、基板の他方の主表面上において一方端から他方端まで互いにほぼ平行に延びており、かつ、複数の発熱部のうちの互いに隣接する２つの発熱部の組み合わせ同士の間の関係において、２つの発熱部の間隔に対する２つの発熱部の平面視における面積の差の比が、温度分布の勾配に対応しているものがある。
【００３１】
本発明のさらに他の局面のＯＢＯ平面導波路素子は、基板と、基板の主表面の一方の上方において互いにほぼ平行に並ぶ複数の光導波路と、基板の複数の光導波路が並ぶ方向における温度分布の勾配を制御するヒータと、基板の他方の主表面上に設けられた補強基板とを備えている。また、ヒータは、複数の光導波路が並ぶ方向における基板の一方の側端面上に設けられている。また、ヒータが発した熱は、基板の一方の側端面から一方の側端面に対向する他方の側端面に向かって伝導される。さらに、補強基板の熱伝導率が基板の熱伝導率よりも低い。
【００３２】
上記の構成によれば、補強基板がない場合に比較して、ＯＢＯ平面導波路の機械的強度が向上するとともに、基板から外部へ放出される熱量が低下する。そのため、ヒータの消費電力が低減される。また、ヒータの消費電力が従来と同様であっても、所望の基板の温度変化をより速く生じさせることができるため、平面導波路素子の応答性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、多重化された信号波を分波するために必要なヒータの消費電力が低減される。また、本発明によれば、多重化された信号波を分波するために必要な時間が短縮され、基板の温度分布が木目細かく制御され、ＯＢＯ平面導波路素子の応答性および制御性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子を詳細に説明する。なお、実施の形態２以降の実施の形態のそれぞれにおいては、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子の各部位に対応する部位のそれぞれには、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子の参照符号と最下位の数字が同一の参照符号が付されている。したがって、最下位の数字が同一である参照符号が付された対応する部位同士は、同一の構造および機能を有するため、特に必要がない限り、それらの部位の説明は繰り返さない。
【００３５】
（実施の形態１）
まず、図１〜図８を用いて、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子の構造を説明する。
【００３６】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子は、ＳＯＩ基板を用いて形成されている。図１および図２に示すように、ＯＢＯ平面導波路素子１は、基板１０１を備えている。基板１０１は、裏面が研磨され、厚さが１００μｍであるＳｉ基板１０２と、Ｓｉ基板１０２上に積層された厚さ約１μｍのＳｉＯ2層１０３とを有している。Ｓｉ基板１０２は、１×１０16ｃｍ-3のＢ（硼素）がドープされている。
【００３７】
ＳｉＯ2層１０３上には、複数のＳｉ光導波路１０４が設けられている。複数のＳｉ光導波路１０４は、それぞれ直線状であり、同一形状であり、同一の大きさであり、互いに平行にＸ軸に沿って並んでいる。複数のＳｉ光導波路１０４のそれぞれには、信号波としての光が伝播する。Ｓｉ光導波路１０４の一方端は信号波の入力ポート１０５として機能し、Ｓｉ光導波路１０４の他方端は信号波の出力ポート１０６として機能する。
【００３８】
また、基板１０１のＸ軸方向に生じる温度分布の勾配（単位長さあたりの温度差）を制御するために、基板１０１の一方の側端面上にヒータ１０７が設けられ、基板１０１の他方の側端面上にヒートシンク１０８が設けられている。
【００３９】
なお、図１において、点線の矢印１０９は、Ｘ軸方向においてＯＢＯを発現しながら、ＯＢＯ平面導波路素子１内をＹ軸方向において伝播する信号波の道筋を示している。また、図１に示すように、複数のＳｉ光導波路１０４が並ぶ方向をＸ軸方向とし、各Ｓｉ光導波路１０４が延びる方向をＹ軸方向とし、かつ、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【００４０】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子１は、Ｓｉ基板１０２の厚さが小さくなるように基板１０１の裏面が研磨されている点において、従来のＯＢＯ平面導波路素子３００と異なっている。
【００４１】
また、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子１は、従来のＯＢＯ平面導波路素子３００と同様に、前述のヒータ１０７の温度調整によって、基板１０１のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差、すなわち、基板１０１のＸ軸方向の温度分布の勾配を制御することができる。そのため、ＯＢＯ平面導波路素子１によれば、Ｓｉ光導波路１０４のＸ軸方向の単位長さあたりの屈折率の差、すなわち、Ｓｉ光導波路１０４のＸ軸方向の屈折率分布の勾配を制御することができる。
【００４２】
次に、図３〜図７を用いて、前述の裏面が研磨された基板１０１を有するＯＢＯ平面導波路素子１の製造方法を説明する。
【００４３】
まず、Ｓｉ基板１１５、ＳｉＯ2層１０３、および、厚さ０．３μｍのＳｉ層１１１がこの順番で積層されたＳＯＩ基板１１０が準備される。次に、図３に示すように、Ｓｉ層１１１上に０．３μｍの電子線用のレジスト膜１１２を塗布する。
【００４４】
その後、電子線直接描画法を用いて、レジスト膜１１２を加工して、図４に示すように、レジストパターン１１３を形成する。本実施の形態においては、電子線直接描画法は、電子線の照射電流が０．１ｎＡであり、かつ、１ドット当りの電子線のドーズ時間が４．５μｓｅｃである条件で行なわれる。また、フォトリソグラフィ法によっても、転写時間１０ｓｅｃほどで、レジストパターン１１３が得られる。なお、本実施の形態のＳｉ層１１１はノンドープト層である。
【００４５】
前述のレジストパターン１１３をマスクとして、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）エッチング、反応性イオンエッチング、または反応性イオンビームエッチングなどのエッチング方法を用いて、図４に示すように、Ｓｉ層１１１をエッチングすれば、図５に示すＳｉ光導波路１０４が得られる。本実施の形態においては、エッチングガスが塩素ガス２５ｓｃｃｍと窒素ガス１０ｓｃｃｍとの混合ガスであり、エッチング圧力が１Ｐａであり、かつＲＦ（Radio Frequency）パワーが２００Ｗである条件で行なわれる反応性イオンエッチングが用いられる。
【００４６】
次に、図６に示すように、スパッタリング法または蒸着法を用いて、基板１１４のＸ軸方向の一方の側端部に、ヒータ１０７となる窒化タンタル膜１１７を形成する。さらに、スパッタリング法または蒸着法を用いて、基板１１４のＸ軸方向の他方の側端部に、ヒートシンク１０８となる窒化アルミニウム膜１１８を形成する。
【００４７】
次に、図７に示すように、ＳＯＩ基板１１０を用いて形成されたＯＢＯ平面導波路素子１の基板１１４のうちのＳｉ基板１１５の裏面を研磨する。本実施の形態においては、厚さが６００μｍであった基板１１４が厚さ約１００μｍになるまで、Ｓｉ基板１１５の裏面が研磨される。それにより、Ｓｉ基板１０２、ＳｉＯ2層１０３、Ｓｉ光導波路１０４、窒化タンタル膜のヒータ１０７、および窒化アルミニウム膜のヒートシンク１０８からなる基板１０１が形成される。なお、複数のＳｉ光導波路１０４のそれぞれが延びる方向における両側端面が入力ポート１０５および出力ポート１０６になる。
【００４８】
最後に、図１に示すように、ヒータ１０７の温度を変化させるために、一の金属線１１９および他の金属線１１９を用いて、ヒータ１０７に電源装置１０００を電気的に接続する。一の金属線１１９は、電源装置１０００のプラス端子およびヒータ１０７のＹ軸方向の一方端に接続される。他の金属線１１９は、電源装置１０００のマイナス端子およびヒータ１０７のＹ軸方向の他方端に接続される。
【００４９】
次に、前述のＯＢＯ平面導波路素子１の動作について、図１および図２を用いて説明する。
【００５０】
まず、ヒータ１０７およびヒートシンク１０８の機能によって、ＯＢＯ平面導波路素子１において、基板１０１のＸ軸方向の温度分布に勾配が生じる。このとき、基板１０１は、Ｘ軸方向において、ヒータ１０７に近づくにつれて徐々に温度が高くなる。一般に、半導体材料は高温になるにつれて屈折率が高くなる。したがって、基板１０１の高温側にあるＳｉ光導波路１０４の屈折率は、基板１０１の低温側にあるＳｉ光導波路１０４の屈折率よりも高くなる。
【００５１】
次に、信号波の強度ピークが所定の一つの入力ポート１０５に位置するように、多重波を構成する複数の信号波がＯＢＯ平面導波路素子１中へ入力される。それにより、複数の信号波のそれぞれは、進行する光導波路１０４から漏れ出し、隣接する光導波路１０４に結合する。その結果、複数の信号波は、Ｙ軸方向において伝播しながら、Ｘ軸方向においてＯＢＯを起こす。ＯＢＯは、信号波の波長が長くなるにつれて、その振幅が大きくなる。また、ＯＢＯは、Ｓｉ光導波路１０４のＸ軸方向の単位長さあたりの屈折率差、すなわちＳｉ光導波路１０４のＸ軸方向の屈折率の分布の勾配が大きくなるにつれて、その振幅が小さくなる性質を有する。
【００５２】
また、ＯＢＯ性質に基づけば、信号波の波長に応じてＯＢＯの振幅が異なる。したがって、複数の信号波がＯＢＯ平面導波路素子１内を伝播するときには、伝播の道筋１０９が波長によって異なる。つまり、信号波はＯＢＯ平面導波路素子１内で分波されることになる。さらに、分波された信号波のそれぞれは、単一波として、所定の出力ポート１０６から出力される。
【００５３】
また、ヒータ１０７およびヒートシンク１０８を用いて、基板１０１のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差を調整すると、Ｓｉ光導波路１０４のＸ軸方向の単位長さあたりの屈折率差が制御される。したがって、ヒータ１０７により分波された信号波のＯＢＯの振幅の大きさを調整して、信号波の出力ポート１０６を自在に指定することができる。
【００５４】
次に、図１および図２を用いて、ヒータ１０７およびヒートシンク１０８が基板１０１のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差を制御する方法を詳細に説明する。
【００５５】
ＯＢＯ平面導波路素子１の基板１０１は厚さ１μｍのＳｉＯ2層１０３と厚さ１００μｍのＳｉ基板１０２とによって構成されている。つまり、ＳｉＯ2層１０３の厚さは、Ｓｉ基板１０２の厚さに比較して、極めて小さい。そのため、基板１０１上の物質の熱伝導率は、実質的に、Ｓｉ基板１０２を構成するＳｉの熱伝導率ρＳｉによって決定される。したがって、基板１０１のＸ軸方向の熱抵抗Ｒｘは、次の式（１）によって算出される。
【００５６】
【数１】
0004522340.tif 000002
【００５７】
ここで、ＡはＳｉ基板１０２の厚さであり、ＢはＳｉ基板１０２のＹ軸方向の長さ、すなわち平面導波路素子の長さであり、ＷはＳｉ基板１０２のＸ軸方向の長さ、すなわち平面導波路素子の幅である。
【００５８】
また、基板１０１のＸ軸方向の温度分布の勾配（単位長さあたりの温度差）ｄＴ／ｄＸは、次の式（２）によって算出される。
【００５９】
【数２】
0004522340.tif 000003
【００６０】
ここで、Ｑはヒータ１０７の発熱量である。
上式（２）において、ｄＴ／ｄＸとＱとは線形の関係を有する。したがって、ヒータ１０７の発熱量Ｑを調整すれば、基板１０１のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差ｄＴ／ｄＸを制御することができる。
【００６１】
また、上式（２）においてＡの値が小さくなると、Ｑの値の変化量に対するｄＴ／ｄＸの値の変化量は大きくなる。つまり、Ｓｉ基板１０２の厚さを小さくすると、ヒータ１０７がＳｉ基板１０２に与える熱量が同一であっても、基板１０１のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差ｄＴ／ｄＸが大きく変化する。したがって、ＯＢＯ平面導波路素子１のＳｉ基板１０２の厚さを小さくすれば、異なる波長を有する複数の信号波が分波されるときにＯＢＯ平面導波路素子１が消費する電力が低減される。
【００６２】
図８は、Ｓｉ基板１０２の熱抵抗の値とＯＢＯの発現のために必要な発熱量Ｑとの関係を示す。図８から分かるように、Ｓｉ基板１０２の熱抵抗が大きくなると、ＯＢＯの発現のために必要な発熱量Ｑが小さくなり、Ｒｘ≧２０Ｋ／Ｗである場合には、発熱量Ｑは１Ｗ以下に低減される。
【００６３】
本実施の形態では、Ａ＝１００μｍ、Ｂ＝４００μｍ、かつ、Ｗ＝１００μｍという条件で、ＯＢＯ平面導波路素子１が形成される。また、一般に、Ｓｉの熱抵抗率（１／ρＳｉ）は１ｃｍ・（Ｋ／Ｗ）である。したがって、本実施の形態では、Ｓｉ基板１０２の熱抵抗Ｒｘは２５Ｋ／Ｗであり、消費電力の低減が実現されている。なお、式（１）から分かるように、Ｓｉ基板１０２の熱抵抗Ｒｘが２０Ｋ／Ｗより大きくなるためには、Ａ×Ｂが５００００μｍ2より小さいという条件が具備される必要がある。したがって、前述の条件が成立するように、Ｓｉ基板１０２の厚さとＹ軸方向の長さとが設定されれば、消費電力が低いＯＢＯ平面導波路素子１を形成することができる。ちなみに、Ｓｉ基板１０２の裏面を研磨しない場合には、Ｓｉ基板１０２の熱抵抗Ｒｘは４Ｋ／Ｗとなり、ＯＢＯの発現のために６Ｗの発熱量Ｑが必要である。
【００６４】
なお、Ｓｉ基板１０２の熱抵抗を大きくするためにＳｉ基板の厚さとＳｉ基板の複数のＳｉ光導波路１０４が延びる方向における長さとの積を小さくすればよいが、前述の積をあまり小さくすると、Ｓｉ基板１０２は、極めて小さくなるので、十分な機械的強度を有しなくなり、損傷し易くなる。そのため、Ａ×Ｂが５００μｍ2より大きくなＳｉ基板１０２が用いられることが望ましい。この場合、Ｓｉ基板１０２の熱抵抗は２０００ＫＷより小さくなってしまうが、Ｓｉ基板１０２の損傷のおそれは小さくなる。
【００６５】
また、ヒータ１０７の発熱量Ｑが変化し始めてから、その発熱量Ｑの変化に起因する基板１０１のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差が生じるまでに要する時間は、Ｓｉ基板１０２の厚さが小さくなるほど短く、また、Ｓｉ基板の複数のＳｉ光導波路１０４が延びる方向における長さが小さくなるほど短くなる。これは、Ｓｉ基板１０２の体積が小さくなるほど、Ｓｉ基板１０２の熱容量が低減されるためである。したがって、本実施の形態においては、ＳＯＩ基板が従来のＳＯＩ基板よりも前述のＡ×Ｂが小さいため、信号波の出力ポート１０６を設定または変更する場合に、ＯＢＯ平面導波路素子１の応答性が良好になる。
【００６６】
また、複数のＳｉ光導波路１０４のそれぞれがノンドープトＳｉ層からなっているため、高温のＳｉ光導波路１０４においては、低温のＳｉ光導波路１０４に比較して、キャリア濃度がより大きく増加し、屈折率がより高くなる。したがって、複数のＳｉ光導波路１０４においては、ヒータ１０７がＳｉ基板１０２に与える熱量が同一であっても、それらが並ぶ方向における単位長さあたりの屈折率の差がより大きくなる。つまり、複数のＳｉ光導波路１０４がノンドープトＳｉ層からなっていれば、ＯＢＯ平面導波路素子の消費電力がさらに低減される。
【００６７】
なお、ヒータ１０７は、Ｓｉ基板１０１を熱することができ、かつ、Ｓｉ基板１０２の温度の温度分布の勾配を調整することができるものであれば、窒化タンタルを用いたヒータに限定されず、ニッケルクロムを用いたヒータまたはペルチェ素子であってもよい。また、ヒートシンク１０８は、基板１０１から外部へ熱を放出することができるものであれば、窒化アルミニウムを用いたヒートシンクに限定されず、熱伝導率の高い材料、たとえば、Ｃｕ（銅）を用いたヒートシンクまたはペルチェ素子であってもよい。
【００６８】
（実施の形態２）
次に、図９〜図１５を用いて、本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子２を説明する。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子２は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と比較すると、Ｓｉ基板１２２の厚さおよびＳｉ基板１２２への不純物のドーピング条件が異なる。一方、本実施の形態のＳｉＯ2層１２３、Ｓｉ光導波路１２４、入力ポート１２５、出力ポート１２６、ヒータ１２７、およびヒートシンク１２８の構造および機能は、それぞれ、実施の形態１のＳｉＯ2層１０３、Ｓｉ光導波路１０４、入力ポート１０５、出力ポート１０６、ヒータ１０７、およびヒートシンク１０８の構造および機能と全く同様である。なお、図に示すように、複数のＳｉ光導波路１２４が並ぶ方向をＸ軸方向、各Ｓｉ光導波路１２４が延びる方向をＹ軸方向、かつ、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【００６９】
まず、図９および図１０を用いて、前述のＯＢＯ平面導波路素子２の構成を説明する。
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子２のＳｉ基板１２２には、その不純物濃度が１×１０20ｃｍ-3〜１×１０22ｃｍ-3の範囲内の値になるように、不純物としてのＰ（燐）がドープされている。つまり、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子２のＳｉ基板１２２は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１のＳｉ基板１０２と比較して、組成が異なっている。したがって、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子２の基板１２１の熱伝導率は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の基板１０１の熱伝導率よりも低くなっている。また、Ｓｉ基板１２２の厚さは、２００μｍであり、実施の形態１のＳｉ基板１０２の厚さよりも小さい。
【００７０】
なお、Ｓｉ基板１０２にドープされる不純物の濃度が１×１０20ｃｍ-3以下であれば、不純物ドーピングによるＳｉ基板１０２の熱伝導率の低下という効果を得ることができない。また、Ｓｉ基板１３５のＰ濃度が１×１０20ｃｍ-3よりも増加すると、Ｓｉ基板１３５の熱伝導率が低減されるが、不純物濃度が１×１０22ｃｍ-3以上になると、Ｓｉ基板１０２の性質が大きく変化してしまうために、平面導波路素子の所望の機能を得ることができないおそれがある。したがって、Ｓｉ基板１０２の不純物濃度は、１×１０22ｃｍ-3よりも小さくなるように設定されている。
【００７１】
次に、図１１〜図１５を用いて、ＯＢＯ平面導波路素子２の製造方法を説明する。
まず、ＳＯＩ基板１３０の厚さ６００μｍのＳｉ基板１３５には、濃度が１×１０20ｃｍ-3よりも大きくなるように、かつ、１×１０22ｃｍ-3よりも小さくなるように、燐（リン）がドープされる。これによれば、Ｓｉ基板１３５の熱伝導率は、実施の形態１のＳｉ基板の熱伝導率と比較して、常温で、不純物がドープされないＳｉ基板の約２分の１より小さくなるように低減される。
【００７２】
次に、Ｓｉ基板１３５、Ｓｉ基板１３５上に形成されたＳｉＯ2層１２３、および、ＳｉＯ2層１２３上に形成された厚さ０．３μｍのＳｉ層１３１からなるＳＯＩ基板１３０が形成される。次に、図１１に示すように、Ｓｉ層１３１上に、０．３μｍの電子線用のレジスト膜１３２が塗布される。その後、図１２に示すように、レジスト膜１３２に対して電子線直接描画が行なわれ、レジストパターン１３３が形成される。本実施の形態においては、電子線の照射電流が０．１ｎＡであり、かつ、１ドット当りの電子線のドーズ時間が４．５μｓｅｃである条件で行なわれる電子線直接描画法が用いられる。また、フォトリソグラフィ法によっても、転写時間１０ｓｅｃほどで、Ｓｉ光導波路１２４に対応するレジストパターン１３３が形成される。なお、本実施の形態のＳｉ層１３１はノンドープト層である。
【００７３】
このレジストパターン１３３をマスクとして、ＩＣＰエッチング、反応性イオンエッチング、または反応性イオンビームエッチングなどのエッチング方法を用いて、図１２に示すように、Ｓｉ層１３１をエッチングすれば、図１３に示すように、Ｓｉ光導波路１２４が得られる。本実施の形態においては、エッチングガスが塩素ガス２５ｓｃｃｍと窒素ガス１０ｓｃｃｍとの混合ガスであり、エッチング圧力が１Ｐａであり、かつＲＦパワーが２００Ｗである条件で行なわれる反応性イオンエッチングが用いられる。
【００７４】
次に、図１４に示すように、基板１３４のＸ軸方向の一方の側端部に、スパッタリング法または蒸着法を用いて、ヒータ１２７となる窒化タンタル膜１３７を形成する。さらに、基板１３４のＸ軸方向の他方の側端部に、スパッタリング法または蒸着法を用いて、ヒートシンク１２８となる窒化アルミニウム膜１３８を形成する。
【００７５】
次に、図１５に示すように、ＳＯＩ基板１３０を用いて形成されたＯＢＯ平面導波路素子２の基板１３４のＳｉ基板１３５の裏面を研磨する。本実施の形態においては、基板１３４の厚さが６００μｍから約２００μｍになるまで、Ｓｉ基板１３５を研磨する。それにより、Ｓｉ基板１２２、ＳｉＯ2層１２３、Ｓｉ光導波路１２４、窒化タンタル膜からなるヒータ１２７、および窒化アルミニウム膜からなるヒートシンク１２８からなる基板１２１が形成される。なお、Ｓｉ光導波路１２４のそれぞれの両側端面が入力ポート１２５および出力ポート１２６になる。
【００７６】
最後に、ヒータ１２７の温度を変化させるために、図９に示すように、一の金属線１３９および他の金属線１３９を介して、ヒータ１２７に電源装置１０００を接続する。一の金属線１３９は、電源装置１０００のプラス端子およびヒータ１２７のＹ軸方向の一方端に接続される。他の金属線１３９は、電源装置１０００のマイナス端子およびヒータ１０７のＹ軸方向の他方端に接続される。
【００７７】
次に、図９および図１０を用いて、前述のＯＢＯ平面導波路素子２の動作を説明する。
本実施の形態においては、Ｓｉ基板１２２に１×１０20ｃｍ-3より高い濃度のＰがドープされている。そのため、Ｓｉ基板１２２の熱抵抗は、Ｐがドープされていない場合に比較して、約２倍以上になっている。その結果、Ａ×Ｂが１０００００μｍ2より小さいという条件が成立していれば、熱抵抗Ｒｘが２０Ｋ／Ｗより大きくなる。つまり、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子２によれば、Ａ×Ｂの最大値は、Ｓｉ基板１２２に高濃度のＰがドープされない場合に比して、約２倍になる。したがって、Ｓｉ基板１２２の厚さＡおよびＳｉ基板１２２のＹ軸方向長さＢのそれぞれの値の許容範囲が大きくなるため、Ｓｉ基板１２２の設計の自由度が増加する。また、実施の形態１の平面導波路素子１と同一形状かつ同じ大きさで、本実施の形態の平面導波路素子２が形成されれば、本実施の形態のＳｉ基板１２２の熱抵抗が実施の形態１のＳｉ基板１０２の約２倍以上になる。つまり、本実施の形態の平面導波路素子２は、従来の平面導波路素子１に比較して、約２倍以上、消費電力が低減される。
【００７８】
なお、本実施の形態においては、Ｓｉ基板１２２へ注入されるドーパントとしてＰが用いられているが、ドーピング濃度が１×１０20ｃｍ-3より大きくかつ１×１０22ｃｍ-3より小さければ、Ｂ(ボロン）またはＡｓ（砒素）がＳｉ基板１２２へドーパントとして注入されても、前述の効果と同様の効果が得られる。
【００７９】
（実施の形態３）
次に、図１６〜図２４を用いて、実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３を説明する。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子３は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と比較すると、ヒータを構成する複数の発熱部１４７の形状、設置パターンおよび設置位置が異なり、ヒートシンクを有していない。一方、本実施の形態のＳｉ基板１４２、ＳｉＯ2層１４３、Ｓｉ光導波路１４４、入力ポート１４５、および出力ポート１４６の構造および機能は、それぞれ、実施の形態１のＳｉ基板１０２、ＳｉＯ2層１０３、Ｓｉ光導波路１０４、入力ポート１０５および出力ポート１０６の構造および機能と全く同様である。なお、図１６〜図１８に示すように、複数のＳｉ光導波路１４４が並ぶ方向をＸ軸方向、各Ｓｉ光導波路１４４が延びる方向をＹ軸方向、かつ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【００８０】
まず、図１６〜図１８を用いて、前述のＯＢＯ平面導波路素子３の構成を説明する。
ＯＢＯ平面導波路素子３の基板１４１は、厚さ１００μｍのＳｉ基板１４２と、Ｓｉ基板１４２上に積層された厚さ１μｍのＳｉＯ2層１４３とを有している。また、Ｓｉ基板１４２の裏側の主表面、すなわち、複数の光導波路１４４が設けられていない主表面には、本発明のヒータを構成する複数の発熱部１４７が設けられている。複数の発熱部１４７は、同一形状かつ同一の大きさである、つまり、複数の発熱部１４７のそれぞれがＳｉ基板１４２に与える熱量は同一である。また、複数の発熱部１４７が並ぶ方向は、複数のＳｉ光導波路１４４と同一方向、すなわち、Ｘ軸方向であり、複数の発熱部１４７は、複数のＳｉ光導波路１４４が延びる方向と同一方向に互いに平行に延びている。
【００８１】
したがって、本実施の形態においては、隣接する発熱部１４７同士の間隔に応じてＳｉ基板１４２に与えられる熱量が異なっている。より具体的には、Ｓｉ基板１４２Ｘ軸方向の温度分布の勾配は、隣接する発熱部１４７同士の間隔に反比例している。
【００８２】
また、複数の発熱部１４７のそれぞれは、Ｓｉ基板１４２の裏側の主表面上において、Ｙ軸方向に沿って、Ｓｉ基板１４１の一方端から他方端まで延び、かつ、矩形の形状を有している。また、複数の発熱部１４７の配置パターンは、Ｘ軸方向において、隣接する発熱部１４７同士の間隔が徐々に大きくなるかまたは小さくなるパターン、つまり、チャープ型パターンである。したがって、Ｓｉ基板１４２の温度勾配は、隣接する発熱部１４７同士の間の領域に対応する部分ごとに、Ｘ軸方向に沿って、除々に大きくなるかまたは減少する。
【００８３】
次に、図１９〜図２４を用いて、チャープ型パターンの複数の発熱部１４７を有するＯＢＯ平面導波路素子３の製造方法を説明する。
【００８４】
まず、Ｓｉ基板１５５、ＳｉＯ2層１４３、および厚さ０．３μｍのＳｉ層１５１がこの順番で積層されたＳＯＩ基板１５０を準備する。次に、図１９に示すように、Ｓｉ層１５１上に０．３μｍの電子線用のレジスト膜１５２を塗布する。その後、電子線直接描画を用いて、レジスト膜１５２を加工し、図２０に示すように、レジストパターン１５３を形成する。本実施の形態においては、電子線の照射電流が０．１ｎＡであり、かつ、１ドット当りの電子線のドーズ時間が４．５μｓｅｃである条件で行なわれる電子線直接描画法が用いられる。また、フォトリソグラフィ法によっても、転写時間１０ｓｅｃほどで、レジストパターン１５３が得られる。なお、本実施の形態のＳｉ層１５１はノンドープト層である。
【００８５】
このレジストパターン１５３をマスクとして、ＩＣＰエッチング、反応性イオンエッチング、または反応性イオンビームエッチングなどのエッチング方法を用いて、図２０に示すように、Ｓｉ層１５１をエッチングすれば、図２１に示すように、複数のＳｉ光導波路１４４が得られる。本実施の形態においては、エッチングガスが塩素ガス２５ｓｃｃｍと窒素ガス１０ｓｃｃｍの混合ガスであり、エッチング圧力が１Ｐａであり、ＲＦパワーが２００Ｗである条件で行なわれる反応性イオンエッチングが用いられる。
【００８６】
次に、図２２に示すように、ＳＯＩ基板１５０を用いて形成されたＯＢＯ平面導波路素子３のＳｉ基板１５５の裏面を研磨する。本実施の形態においては、基板１５４の厚さが６００μｍから約１００μｍになるまで、Ｓｉ基板１５５の裏面を研磨する。それにより、Ｓｉ基板１４２、ＳｉＯ2層１４３、およびＳｉ光導波路１４４からなる基板１４１が形成される。
【００８７】
次に、電子線直接描画またはフォトリソグラフィを用いて、厚さ１００μｍのＳｉ基板１４１の裏面にチャープ型のヒータ１４７を形成するために、レジストパターン１５６を形成する。図２３に示すように、レジストパターン１５６およびＳｉ基板１４１の裏面を覆うように、スパッタリング法または蒸着法を用いて、窒化タンタル膜１５７を形成する。次に、リフトオフ法を用いて、レジストパターン１５６をその上に形成された窒化タンタル膜１５７とともにＳｉ基板１４１の裏面から除去する。それにより、図２４に示すように、チャープ型の複数の発熱部１４７が形成される。なお、複数の光導波路１４４の両側端が、入力ポート１４５および出力ポート１４６になる。
【００８８】
最後に、複数の発熱部１４７に電源装置１０００を接続する。電源装置１０００のプラス端子およびマイナス端子には、複数の金属線１５９のそれぞれの一端が接続される。また、複数の発熱部１４７のＹ軸方向の両端部のそれぞれには、複数の金属線１５９の他端が接続される。つまり、複数の発熱部１４７のそれぞれの一方端は、金属線１５９を介して、電源装置１０００のプラス端子に接続され、複数の発熱部１４７のそれぞれの他方端は、金属線１５９を介して、電源装置１０００のマイナス端子に接続されている。つまり、複数の発熱部１４７は、それぞれ、一方端部が電源装置１０００の−端子に電気的に接続され、他方端部が電源装置１０００の＋端子に電気的に接続されている。また、複数の発熱部１４７のそれぞれには、同じ電圧が印加される。
【００８９】
次に、図１６〜図１８を用いて、チャープ型パターンに並べられた複数の発熱部１４７が基板１４１のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差を制御する方法を詳細に説明する。
【００９０】
チャープ型パターンの複数の発熱部１４７を有するヒータが用いられる場合、複数の発熱部１４７の数密度はＳｉ基板１４２面のＸ軸方向において単調に増加または減少する。つまり、複数の発熱部１４７のうち互いに隣接する発熱部同士の間隔が、Ｘ軸方向において単調に増加または減少する。
【００９１】
また、本実施の形態の平面導波路素子において、チャープ型パターンの複数の発熱部１４７のそれぞれが、同一の大きさおよび同一の形状を有していれば、同一の電力を消費し同一の熱量を放出するため、Ｓｉ基板１４２のうちの発熱部１４７の数密度が大きい部分は、相対的に高温になり、Ｓｉ基板１４２のうちの発熱部１４７の数密度が小さい部分は、相対的に低温になる。より具体的に言えば、複数の発熱部１４７のうち互いに隣接する発熱部の組み合わせ同士の間の関係において、２つの発熱部の間隔のＸ軸方向における増加または減少に対応するように、Ｓｉ基板１４２のＸ軸方向における温度分布の勾配が減少または増加する。要するに、互いに隣接する２つの発熱部のＸ軸方向における数密度が、Ｓｉ基板１４２の温度分布の勾配に対応している。
【００９２】
また、複数の発熱部１４７のそれぞれの消費電力を個別に制御すれば、Ｓｉ基板１４２のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差をより精密に制御することができるため、ＯＢＯ平面導波路素子３の制御性が良好になる。
【００９３】
また、複数の発熱部１４７がＳｉ基板１４２の裏面に設けられた本実施の形態の平面導波路素子においては、Ｓｉ基板１４２の厚さ方向（Ｚ軸方向）の熱伝導によって、所望のＳｉ基板１４２の温度分布の勾配が形成される。一方、１つの発熱部がＳｉ基板の側端面に設けられたヒータを用いる前述の実施の形態１および２の平面導波路素子においては、Ｓｉ基板１４２のＸ軸方向の一方端から他方端までの熱伝導によって、所望のＳｉ基板１４２の温度分布の勾配が形成される。したがって、本実施の形態の平面導波路素子によれば、前述の実施の形態１および２の平面導波路素子との比較において、所望のＳｉ基板１４２の温度分布の形成のために要する時間がはるかに短い。したがって、ＯＢＯ平面導波路素子３において分波される信号波の出力ポート１４６の設定または変更時間を短縮することができるため、ＯＢＯ平面導波路素子３の応答性を向上させることができる。
【００９４】
（実施の形態４）
図２５〜図３３を用いて、ＯＢＯ平面導波路素子４を説明する。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子４は、実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３と比較すると、複数の発熱部１６７の設置パターン、および、電源装置１０００と複数の発熱部１６７との電気的な接続態様が異なっている。一方、本実施の形態のＳｉ基板１６２、ＳｉＯ2層１６３、Ｓｉ光導波路１６４、入力ポート１６５、および出力ポート１６６の構造および機能は、それぞれ、実施の形態３のＳｉ基板１４２、ＳｉＯ2１４３、Ｓｉ光導波路１４４、入力ポート１４５および出力ポート１４６の構造および機能と全く同様である。なお、図２５〜図３３に示すように、複数のＳｉ光導波路１６４が並ぶ方向をＸ軸方向、各Ｓｉ光導波路１６４が延びる方向をＹ軸方向、かつ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【００９５】
まず、図２５〜図２７を用いて、前述のＯＢＯ平面導波路素子４の構成を説明する。
Ｓｉ基板１６２の裏面に同一形状かつ同一の大きさの複数の発熱部１６７が設けられている。したがって、各発熱部１６７がＳｉ基板１６２に与える熱量は同一である。複数の発熱部１６７は、Ｓｉ基板１６２の主表面上でＹ軸方向において一方端から他方端まで互いに平行に延び、かつ、それぞれが矩形の形状を有している。また、複数の発熱部１６７は、Ｘ軸方向において、隣接する発熱部１６７同士の間隔が等しくなるように配置されている。
【００９６】
また、電源装置１０００のプラス端子およびマイナス端子には、それぞれ、電線１７９の一方端が接続されている。また、２本の電線１７９のそれぞれの他方端は、基板１６１のＸ軸方向の最も外側に位置する発熱部１６７の端部に接続されている。さらに、電線１７９が接続された発熱部１６７とその発熱部１６７に隣接する発熱部１６７との間では、対応する端部同士が電線１７９で接続されている。さらに、他の互いに隣接する発熱部１６７同士の間でも、対応する端部同士が電線１７９によって接続されている。本実施の形態においては、電線１７９は所定の抵抗値を有するニッケルクロム線である。なお、電源装置１０００によって複数の発熱部１６７のそれぞれに印加される電圧は、電源装置１０００と発熱部１６７との間の電線１７９の長さに依存する。また、発熱部１６７に印加される電圧に応じた熱量が、発熱部１６７からＳｉ基板１６２へ与えられる。
【００９７】
次に、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子４の製造方法を、図２８〜図３４を用いて説明する。
【００９８】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子４の製造方法の図２８〜図３１に示す工程は、実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３の製造方法の図１９〜図２２に示す工程と同様である。したがって、それらの工程の説明は、繰り返さない。なお、図２８〜図３１に示すＳｉ基板１７５、ＳｉＯ2層１６３、Ｓｉ層１７１、レジスト膜１７２、レジストパターン１７３、および光導波路１６４は、それぞれ、図１９〜図２２に示すＳｉ基板１５５、ＳｉＯ2層１４３、Ｓｉ層１５１、レジスト膜１５２、レジストパターン１５３、および光導波路１４４に対応している。
【００９９】
次に、電子線直接描画またはフォトリソグラフィを用いて、厚さ１００μｍのＳｉ基板１７５の裏面にレジストパターン１７６を形成する。その後、図３２に示すように、レジストパターン１７６およびＳｉ基板１７５の裏面を覆うように、スパッタリング法または蒸着法を用いて、窒化タンタル膜１７７を形成する。その後、リフトオフ法を用いて、レジストパターン１７６とともにその上に形成された窒化タンタル膜１７７をＳｉ基板１７５からリフトオフし、図３３に示すように、窒化タンタル膜からなる複数の発熱部１６７を形成する。なお、複数の光導波路１６４の両側端のそれぞれが、入力ポート１６５および出力ポート１６６になる。
【０１００】
最後に、複数の発熱部１６７が、２本の電線１７９によって、図３４に示すように、電源装置１０００に対して並列に接続される。
【０１０１】
次に、図２５〜図２７を用いて、前述のＯＢＯ平面導波路素子４の動作を説明する。
本実施の形態の平面導波路素子においては、並列に接続された複数の発熱部１６７を用いて、基板１６１のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差が調整される。それによって、Ｓｉ光導波路１６４のＸ軸方向の単位長さあたりの屈折率の差が制御される。その結果、ヒータ１６７によって分波された信号波のＯＢＯの振幅を調整して、信号波の出力ポート１６６を自在に指定することができる。
【０１０２】
次に、図２５〜図２７および図３５を用いて、複数の発熱部１６７が並列に接続されたヒータ１６７を用いて、基板１６１のＸ軸方向単位長さあたりの温度差を制御する方法を詳細に説明する。
【０１０３】
図３５は、電源装置１０００、電線１７９および複数の発熱部１６７の等価回路図を示す。この等価回路では、電線１７９は、抵抗器１７８として描かれている。図３５に示すように、電源装置１０００と発熱部１６７との間を接続する電線１７９が長くなるほど、電源装置１０００と発熱部１６７との間により多くの抵抗器１７８が存在するため、発熱部１６７の両端間に印加される電圧は小さくなる。したがって、Ｘ軸方向において最も電源装置１０００に近い側に位置し、電線１７９によって電源装置１０００に直接的に接続されている発熱部１６７に最も大きい電圧が印加される。また、電源装置１０００に接続されている発熱部１６７に隣接する発熱部１６７が２番目に大きい電圧が印加される。さらに、Ｘ軸方向において、電源装置１０００から遠ざかっていくにしたがって発熱部１６７に印加される電圧は小さくなる。したがって、Ｘ軸方向において、電源装置１０００に近い発熱部１６７ほど、その温度が高くなり、電源装置１０００から遠い発熱部１６７ほど、その温度が低くなる。その結果、Ｓｉ基板１６２は、Ｘ軸方向において、温度分布に勾配が生じる。
【０１０４】
より具体的には、複数の発熱部１６７のうちの互いに隣接する２つの発熱部１６７の組み合わせ同士の間の関係において、２つの発熱部１６７の間隔に対する２つの発熱部１６７の印加電圧の差の比が、Ｓｉ基板１６２の温度分布の勾配に対応している。また、本実施の形態においては、複数の発熱部１６７のうちの互いに隣接する発熱部１６７同士の間の間隔は、いずれの組み合わせにおいても同一であり、発熱部１６７の発熱量は、印加電圧に比例するため、Ｓｉ基板の温度分布の勾配は、互いに隣接する２つの発熱部１６７に印加される電圧の差によって決定される。
【０１０５】
このような本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子４によれば、複数の発熱部１６７の温度を制御する電源装置１０００が１台であるため、ＯＢＯ平面導波路素子４の制御を容易に行なうことができる。
【０１０６】
なお、電線１７９の材料は、複数の発熱部１６７のそれぞれに電圧が印加され、かつ、複数の発熱部１６７同士の間に印加電圧の差に起因する温度差が生じるのであれば、ニッケルクロムに限定されない。
【０１０７】
（実施の形態５）
次に図３６〜図４０を用いて、本発明の実施の形態５のＯＢＯ平面導波路素子５を説明する。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子５は、実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３と比較すると、複数の発熱部１８７の形状および設置パターンが異なる。一方、本実施の形態のＳｉ基板１８２、ＳｉＯ2層１８３、Ｓｉ光導波路１８４、入力ポート１８５、および出力ポート１８６の構造および機能は、それぞれ、実施の形態３のＳｉ基板１４２、ＳｉＯ2層１４３、Ｓｉ光導波路１４４、入力ポート１４５および出力ポート１４６の構造および機能と全く同様である。なお、図３６〜図３８に示すように、複数のＳｉ光導波路１８４が並ぶ方向をＸ軸方向、各Ｓｉ光導波路１８４が延びる方向をＹ軸方向、かつ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【０１０８】
まず、図３６〜図３８を用いて、前述のＯＢＯ平面導波路素子５の構成を説明する。
Ｓｉ基板１８２の裏面には、同一形状かつ同一の大きさの複数の発熱部１８７が設けられている。複数の発熱部１８７のそれぞれは、Ｓｉ基板１８２の裏面のＸ軸方向の一方端から他方端まで延び、かつ、Ｙ軸方向の幅が比例的に変化している。すなわち、Ｘ軸方向において、電源装置１０００の＋側に向かって、複数の発熱部１８７のそれぞれの幅が除々に狭くなっている。言い換えれば、Ｘ軸方向において、電源装置１０００の−側に向かって、ヒータ１８７の幅が除々に広くなっている。また、複数の発熱部１８７のそれぞれは、Ｘ軸に沿って延びており、Ｙ軸方向においては、等しい間隔で同じ方向に沿って並べられている。つまり、複数の発熱部１８７は、複数のＳｉ光導波路１８２が延びる方向に対して垂直な方向に沿って延びている。なお、本実施の形態においては、発熱部同士の間隔とは、互いに隣接する２つの左右対称な台形の発熱部の中心軸同士の間の距離を意味するものとする。
【０１０９】
次に、図３９および図４０を用いて、Ｙ軸方向に並ぶヒータ１８７を有するＯＢＯ平面導波路素子５の製造方法を説明する。
【０１１０】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子の製造方法において用いられる発熱部１９７を形成するためのレジストパターン１９６の形状および配置は、実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３の製造方法において用いられるレジストパターン１５６の形状および配置と異なっている。一方、本実施の形態のＳｉ基板１８２、ＳｉＯ2層１８３、Ｓｉ光導波路１８４を形成するためのレジストパターン、発熱部１８７の材料、および各部材の形成方法は、実施の形態３のＳｉ基板１４２、ＳｉＯ2層１４３、Ｓｉ光導波路１４４を形成するためのレジストパターン１５３、発熱部１５７の材料、および各部材の形成方法と全く同様である。
【０１１１】
また、複数の発熱部１８７の温度を変化させるために、複数の発熱部１８７のそれぞれに電源装置１０００が接続されている。電源装置１０００のプラス端子およびマイナス端子には、それぞれ、金属線１９９の一端が接続されている。また、複数の金属線１９９の他端は、それぞれ、複数の発熱部１８７のＸ軸方向の側端部に取り付けられている。つまり、複数の発熱部１８７は、それぞれ、一方端部が電源装置１０００の−端子に接続され、他方端部が電源装置１０００の＋端子に接続されている。言い換えれば、複数の発熱部１８７のそれぞれは、金属線１９９を介して、電源装置１０００に電気的に接続されている。また複数の発熱部１８７のそれぞれには、同じ電圧が印加される。
【０１１２】
次に、図３６〜図３８を用いて、前述のＯＢＯ平面導波路素子５の動作を説明する。
ここでは、Ｙ軸方向に並ぶ複数の発熱部１８７を用いて、基板１８１のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差が調整される。それによって、Ｓｉ光導波路１８４のＸ軸方向の単位長さあたりの屈折率差が制御される。したがって、複数の発熱部１８７によって分波された信号波のＯＢＯの振幅の大きさを調整して、信号波の出力ポート１８６を自在に指定することができる。
【０１１３】
次に、図３６〜図３８を用いて、Ｙ軸方向に並ぶ複数の発熱部１８７が基板のＸ軸方向単位長さあたりの温度差を制御する方法を詳細に説明する。
【０１１４】
複数の発熱部１８７は、同一の形状かつ同一の大きさであるため、複数の発熱部１８７のそれぞれのＹ軸方向の平面視における幅が、Ｘ軸方向において、比例的に小さくまたは大きくなると、複数の発熱部１８７のＹ軸方向の平面視における幅の合計も、比例的に小さくまたは大きくなる。それにより、Ｘ軸方向において、複数の発熱部１８７の抵抗値が比例的に増加または減少する。そのため、Ｘ軸方向において、複数の発熱部１８７の温度が比例的に高くまたは低くなる。その結果、複数の発熱部１８７のすべてに同じ大きさの電圧が印加されると、基板１８１のＸ軸方向における温度分布に勾配が生じる。したがって、電源装置１０００は、１つの電圧値を調整しさえすれば、基板のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差を制御することができる。その結果、ＯＢＯ平面導波路素子５の制御性が良好になる。
【０１１５】
（実施の形態６）
次に、図４１〜図４５を用いて、本発明の実施の形態６のＯＢＯ平面導波路素子６を説明する。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子６は、実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３と比較すると、発熱部２０７の形状および設置パターンが異なる。一方、本実施の形態のＳｉ基板２０２、ＳｉＯ2層２０３、Ｓｉ光導波路２０４、入力ポート２０５、および出力ポート２０６の構造および機能は、それぞれ、実施の形態３のＳｉ基板１４２、ＳｉＯ2層１４３、Ｓｉ光導波路１４４、入力ポート１４５および出力ポート１４６の構造および機能と全く同様である。なお、図４１〜図４３に示すように、複数のＳｉ光導波路１４４が並ぶ方向をＸ軸方向、各Ｓｉ光導波路１４４が延びる方向をＹ軸方向、かつ、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【０１１６】
まず、図４１〜図４３を用いて、前述のＯＢＯ平面導波路素子６の構成を説明する。
Ｓｉ基板２０２の裏面にＸ軸方向における幅が異なる複数の発熱部２０７が設けられている。なお、複数の発熱部２０７のそれぞれは、矩形であって、Ｙ軸方向における長さが同一であるため、複数の発熱部２０７のそれぞれの面積は、幅に比例している。
【０１１７】
また、複数の発熱部２０７のそれぞれは、Ｓｉ基板２０２の裏面のＹ軸方向の一方端から他方端まで延び、かつ、その長手方向がＹ軸方向と平行に延びる矩形の形状を有している。さらに、複数の発熱部２０７は、Ｘ軸方向における順番に応じて、平面視における面積が徐々に増加または減少するように、互いに平行に並べられている。
【０１１８】
次に、図４４および図４５を用いて、面積が異なる複数の発熱部２０７を有するＯＢＯ平面導波路素子６の製造方法を説明する。
【０１１９】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子６の製造方法において用いられるレジストパターン２１６の形状および配置は、実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３の製造方法において用いられるレジストパターン１５６の形状および配置と異なっている。一方、本実施の形態のＳｉ基板２０２、ＳｉＯ2層２０３、Ｓｉ光導波路２０４、レジストパターン２１６、発熱部２０７の材料、および各部位の形成方法は、実施の形態３のＳｉ基板１４２、ＳｉＯ2層１４３、Ｓｉ光導波路１４４、レジストパターン１５３、発熱部１５７の材料、および各部位の形成方法と全く同様である。
【０１２０】
また、複数の発熱部２０７の温度を変化させるために、複数の発熱部２０７に電源装置１０００が接続されている。電源装置１０００のプラス端子およびマイナス端子には、複数の金属線２１９のそれぞれの一端が接続される。また、複数の金属線２１９の他端は、それぞれ、複数のヒータ２０７のＸ軸方向の側端部に取り付けられる。つまり、複数の発熱部２１６は、それぞれ、金属線２１９を介して、一方端部が電源装置１０００の−端子に接続され、他方端部が電源装置１０００の＋端子に接続されている。つまり、複数の発熱部２１６のそれぞれは、金属線２１９によって、電源装置１０００に電気的に接続されており、同じ電圧が印加される。
【０１２１】
次に、図４１〜図４３を用いて、前述のＯＢＯ平面導波路素子６の動作を説明する。
本実施の形態においては、平面視における面積が異なる複数の発熱部２０７を用いて、基板２０２のＸ軸方向単位長さあたりの温度差が調整される。それによって、Ｓｉ光導波路２０４のＸ軸方向の単位長さあたりの屈折率差が制御される。したがって、複数の発熱部２０７の発熱によって分波された信号波のＯＢＯの振幅の大きさを調整して、信号波の出力ポート２０６を自在に指定することができる。
【０１２２】
次に、図４１〜図４３を用いて、平面視における面積が異なる複数の発熱部２０７が基板２０１のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差を制御する方法を詳細に説明する。
【０１２３】
複数の発熱部２０７のそれぞれは、厚さが同一であるため、発熱部２０７の面積が増加すると、発熱部２０７の抵抗値は減少する。また、ＯＢＯ平面導波路素子６をＺ軸方向に沿って見たときの発熱部２０７の面積は、Ｘ軸方向における発熱部２０７が並ぶ順番に応じて徐々に増加または減少している。また、発熱部２０７の発熱量は抵抗値に比例して変化する。そのため、複数の複数の２０７のすべてに同一の電圧を印加すると、基板２０１のＸ軸方向において、除々に増加または減少する温度分布の勾配が生じる。より具体的には、本実施の形態においては、複数の発熱部２０７のうちの互いに隣接する２つの発熱部２０７の組み合わせ同士の間の関係において、２つの発熱部２０７の間隔に対する２つの発熱部２０７の平面視における面積の差の比が、Ｓｉ基板２０２の温度分布の勾配に対応している。
【０１２４】
上記本実施の形態の平面導波路素子によれば、電源装置１０００は、１つの電圧値を調整しさえすれば、基板２０１のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差を制御することができる。したがって、ＯＢＯ平面導波路素子６の制御性が向上している。
【０１２５】
（実施の形態７）
図４６および図４７を用いて、本発明の実施の形態７のＯＢＯ平面導波路素子７を説明する。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子７は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と比較すると、ＯＢＯ平面導波路素子７のＳｉ基板２２２の裏面に厚さ５００μｍのＳｉＯ2補強基板２３０が設けられていることが異なっている。一方、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子７は、前述の部分以外の部分の構造および機能においては、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と全く同様である。なお、図４６および図４７に示すように、複数のＳｉ光導波路２２４が並ぶ方向をＸ軸方向、各Ｓｉ光導波路２２４が延びる方向をＹ軸方向、かつ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【０１２６】
まず、図４６および図４７を用いて、前述のＯＢＯ平面導波路素子７の構成を説明する。
【０１２７】
ＯＢＯ平面導波路素子７においては、厚さ１００μｍのＳｉ基板２２２の裏面の全体を覆うように、厚さ５００μｍのＳｉＯ2補強基板２３０が装着されている。厚さ５００μｍのＳｉＯ2補強基板２３０の両端部には、ヒータ２２７およびヒートシンク２２８が取り付けられていない。このように、ＳｉＯ2補強基板２３０にヒータ２２７を設けないため、ヒータ２２７から発せられた熱による温度部分の勾配の形成が効率的に行なわれる。
【０１２８】
次に、前述のＳｉＯ2補強基板２３０が設けられたＯＢＯ平面導波路素子７の製造方法を説明する。
【０１２９】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子７の製造方法は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の製造方法と比較すると、ＯＢＯ平面導波路素子１の製造工程の最後にＳｉＯ2補強基板２３０を設置する工程が追加されている。このＳｉＯ2補強基板２３０の設置工程では、融着法などを用いて、厚さ５００μｍのＳｉＯ2基板２３０がＳｉ基板２２２の裏面に装着される。一方、本実施の形態のＳｉ基板２２２、ＳｉＯ2層２２３、Ｓｉ光導波路２２４、ヒータ２２７、ヒートシンク２２８および各部位の形成方法は、実施の形態１のＳｉ基板１０２、ＳｉＯ2層１０３、Ｓｉ光導波路１０４、ヒータ１１７、ヒートシンク１１８および各部位の形成方法と全く同様である。
【０１３０】
本実施の形態においては、Ｓｉ基板２２２の裏面を研磨した後に、ＳｉＯ2補強基板２３０がＳｉ基板２２２の裏面に装着されるため、ＯＢＯ平面導波路素子７の機械的強度が増加する。したがって、ＯＢＯ平面導波路素子７の低消費電力化および応答性の改善を図るために、Ｓｉ基板２２２の裏面が研磨されても、ＯＢＯ平面導波路素子７の機械的強度は回復する。また、ＳｉＯ2の熱伝導率は、Ｓｉの熱伝導率の約１００分の１以下であり、相対的にかなり小さいため、ＳｉＯ2補強基板２３０がＳｉ基板２２２の裏面に設けられていれば、Ｓｉ基板２２２から外部へ熱が放出されてしまうことが防止される。そのため、ＯＢＯ平面導波路素子を熱するヒータ２２７の電力消費量を低減することができる。また、Ｓｉ基板２２２から熱が逃げないため、より迅速にＳｉ基板２２２の各部位を所望の温度にすることができる。したがって、ＯＢＯ平面導波路素子の応答性が向上している。
【０１３１】
また、本実施の形態では、補強基板の材料として、ＳｉＯ2が用いられているが、補強基板の材料は、Ｓｉよりも熱伝導率が低い材料であれば、ＳｉＯ2に限定されない。さらに、補強基板の厚さは、ＯＢＯ平面導波路素子７の強度が十分に確保される値であれば、５００μｍに限定されない。
【０１３２】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の上面図である。
【図２】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の製造工程を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の製造工程を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の製造工程を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の製造工程を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の製造工程を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子のＳｉ基板１０２の熱抵抗の値とＯＢＯの発現に必要なヒータ１０７の発熱量Ｑとの関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子２の上面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子２の側面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子２の製造工程を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子２の製造工程を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子２の製造工程を説明するための図である。
【図１４】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子２の製造工程を説明するための図である。
【図１５】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子２の製造工程を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３の上面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３の側面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３の下面図である。
【図１９】本発明の実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３の製造工程を説明するための図である。
【図２０】本発明の実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３の製造工程を説明するための図である。
【図２１】本発明の実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３の製造工程を説明するための図である。
【図２２】本発明の実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３の製造工程を説明するための図である。
【図２３】本発明の実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３の製造工程を説明するための図である。
【図２４】本発明の実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３の製造工程を説明するための図である。
【図２５】本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子４の上面図である。
【図２６】本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子４の側面図である。
【図２７】本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子４の下面図である。
【図２８】本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子４の製造工程を説明するための図である。
【図２９】本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子４の製造工程を説明するための図である。
【図３０】本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子４の製造工程を説明するための図である。
【図３１】本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子４の製造工程を説明するための図である。
【図３２】本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子４の製造工程を説明するための図である。
【図３３】本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子４の製造工程を説明するための図である。
【図３４】本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子４の製造工程を説明するための図である。
【図３５】本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子４の等価回路図である。
【図３６】本発明の実施の形態５のＯＢＯ平面導波路素子５の上面図である。
【図３７】本発明の実施の形態５のＯＢＯ平面導波路素子５の側面図である。
【図３８】本発明の実施の形態５のＯＢＯ平面導波路素子５の下面図である。
【図３９】本発明の実施の形態５のＯＢＯ平面導波路素子５の製造工程を説明するための図である。
【図４０】本発明の実施の形態５のＯＢＯ平面導波路素子５の製造工程を説明するための図である。
【図４１】本発明の実施の形態６のＯＢＯ平面導波路素子６の上面図である。
【図４２】本発明の実施の形態６のＯＢＯ平面導波路素子６の側面図である。
【図４３】本発明の実施の形態６のＯＢＯ平面導波路素子６の下面図である。
【図４４】本発明の実施の形態６のＯＢＯ平面導波路素子６の製造工程を説明するための図である。
【図４５】本発明の実施の形態６のＯＢＯ平面導波路素子６の製造工程を説明するための図である。
【図４６】本発明の実施の形態７のＯＢＯ平面導波路素子７の上面図である。
【図４７】本発明の実施の形態７のＯＢＯ平面導波路素子７の側面図である。
【図４８】従来のＯＢＯ平面導波路素子３００の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１３４】
１，２，３，４，５，６，７  ＯＢＯ平面導波路素子、１０１，１１４，１２１，１３４，１４１，１５４，１６１，１７４，１８１，２０１，２２１  基板、１０２，１２２，１４２，１６２，１８２，２０２，２２２  Ｓｉ基板、１０３，１２３，１４３，１６３，１８３，２０３，２２３  ＳｉＯ2層、１０４，１２４，１４４，１６４，１８４，２０４，２２４  Ｓｉ光導波路、１０５，１２５，１４５，１６５，１８５，２０５，２２５  入力ポート、１０６，１２６，１４６，１６６，１８６，２０６，２２６  出力ポート、１０７，１２７，１４７，１６７，１８７，２０７，２２７  ヒータ(発熱部）、１０８，１２８，２２８  ヒートシンク、１０９，１２９，１４９，１６９，１８９，２０９，２２９  信号波の伝播経路、１１０，１３０，１５０，１７０  ＳＯＩ基板、１１１，１３１，１５１，１７１  ＳＯＩ基板のＳｉ層、１１２，１３２，１５２，１７２  ＳＯＩ基板に塗布したレジスト、１１３，１３３，１５３，１７３  レジストパターン、１１５，１３５，１５５，１７５，１９５，２１５  ＳＯＩ基板のＳｉ基板、１５６，１７６，１９６，２１６  レジストパターン、１１７，１３７，１５７，１７７，１９７，２１７  窒化タンタル膜、１１８，１３８  窒化アルミニウム膜、１１９，１３９，１５９，１９９，２１９，２３９  金属線、１７９  電線、１７８  抵抗器、２３０  補強基板、３００  従来のＯＢＯ平面導波路素子、３０１  基板、３０２  高分子クラッド層、３０３  高分子材料からなる光導波路、３０４  入力ポート、３０５  出力ポート、３０６  ヒータ、３０７  ヒートシンク、３０８  信号波の伝播経路。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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