(57)【要約】【課題】クラッド加熱時のヒーターの剥離や断線を抑制することができる光導波路基板を提供する。【解決手段】光導波路基板１Ａは、光を導波するコア４と、このコア４を覆うクラッド３と、このクラッド３の表面に、コア４と略平行に延在するように設けられるヒーター６Ａとを備えている。ヒーター６Ａには、長手方向に沿って、クラッド３に接触する接触部６１と、クラッド３と空間６３を隔てて離間する離間部６２とが交互に凹凸状に設けられている。【選択図】図１
2007133040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を導波するコアがクラッドで覆われ、前記クラッドの表面には前記コアで導波される光の伝播を制御するためのヒーターが設けられた光導波路基板であって、
前記ヒーターに、前記コアの長手方向に沿って、前記クラッドに接触する接触部と、前記クラッドと空間を隔てて離間する離間部とを交互に凹凸状に設けたことを特徴とする光導波路基板。
【請求項２】
前記ヒーターの離間部と前記クラッドとの間に形成される空間を、ヒーターの幅方向に開放したことを特徴とする請求項１に記載の光導波路基板。
【請求項３】
前記離間部の抵抗値を、前記接触部の抵抗値よりも小さくしたことを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路基板。
【請求項４】
前記離間部の厚みを、前記接触部の厚みよりも大きく設定したことを特徴とする請求項３に記載の光導波路基板。
【請求項５】
前記離間部を、前記接触部よりも抵抗率の小さな材料で構成したことを特徴とする請求項３に記載の光導波路基板。
【請求項６】
前記離間部の幅を、前記接触部の幅よりも大きく設定したことを特徴とする請求項３に記載の光導波路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱光学効果を利用した光導波路基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱光学効果（TO：Thermo Optical）を利用した光導波路基板としては、例えば、特許文献１に記載されているように、基板の表面に、光を導波するコアを覆うクラッドが形成されるとともに、クラッドの表面にヒーターが設けられた光導波路基板が知られている。
【０００３】
前記ヒーターは金属材料で構成されており、前記コアおよびクラッドは高分子材料で構成されている。さらに、コアは、クラッドよりも屈折率が高く、かつ、加熱により屈折率が変化する材料で構成されていて、このコアがヒーターによってクラッドを介して加熱されることにより、コアで導波される光が減衰されたり遮断されたりして光の伝播が制御されるようになっている。
【０００４】
また、特許文献１には、クラッドとヒーターとの密着性を向上させるために、それらの間に反応性の高いチタン層を介在させることが記載されている。
【特許文献１】特開平１０−３３３１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヒーターとクラッドとは線膨張係数が異なることから、ヒーターでクラッドを加熱したときに、クラッドの熱膨張とヒーターの熱膨張の差によってそれらの界面にせん断力が生じる。そして、このせん断力によって、クラッド加熱時にヒーターがクラッドから剥離したり断線したりすることがある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、クラッド加熱時のヒーターの剥離や断線を抑制することができる光導波路基板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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の光導波路基板は、光を導波するコアがクラッドで覆われ、前記クラッドの表面には前記コアで導波される光の伝播を制御するためのヒーターが設けられた光導波路基板であって、前記ヒーターに、前記コアの長手方向に沿って、前記クラッドに接触する接触部と、前記クラッドと空間を隔てて離間する離間部とを交互に凹凸状に設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
離間部がヒーターの長手方向に伸縮し易くするために、前記ヒーターの離間部と前記クラッドとの間に形成される空間を、ヒーターの幅方向に開放することが好ましい。
【０００９】
消費電力を抑えるために、前記離間部の抵抗値を、前記接触部の抵抗値よりも小さくすることが好ましい。
【００１０】
例えば、（１）前記離間部の厚みを、前記接触部の厚みよりも大きく設定する、（２）前記離間部を、前記接触部よりも抵抗率の小さな材料で構成する、（３）前記離間部の幅を、前記接触部の幅よりも大きく設定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ヒーターに、コアの長手方向に沿って、クラッドに接触する接触部と、クラッドと空間を隔てて離間する離間部とを交互に凹凸状に設けたから、ヒーターでクラッドを加熱したときに、クラッドの熱膨張とヒーターの熱膨張の差によってそれらの界面にせん断力が生じたとしても、そのせん断力が離間部に吸収されて低減されるため、クラッド加熱時のヒーターの剥離や断線を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、本発明の第１実施形態に係る光導波路基板１Ａは、基板２とクラッド３とで二層構造となる長方形板状をなしている。そして、クラッド３の内部には、光を導波するコア４が配設されており、クラッド３の表面には、ヒーター６Ａが設けられている。
【００１４】
基板２は、その表面にクラッド３を積層するためのものであり、熱伝導率の高い材料（例えばシリコンなど）からなっている。なお、高分子材料をモールド成形するなどしてクラッド３を直接的に成形する場合には、基板２を省略することも可能である。
【００１５】
クラッド３は、高分子材料（例えばポリマーなど）で構成されている。そして、このクラッド３でコア４が全長に亘って覆われている。
【００１６】
コア４とクラッド３は、加熱により屈折率が変化する材料で構成され、かつ、コア４は、クラッド３よりも屈折率が高く、断面形状が略正方形状になっている。例えば、シングルモードの光を伝播するには、クラッド３とコア４との屈折率の差が０．２〜０．５％に設定され、かつ、コア４の断面形状の一辺の長さが５〜１０μｍに設定されていることが好ましい。
【００１７】
本第１実施形態では、コア４は、直線状に形成され、基板２の表面と平行な面上で２本並んで配設されている。なお、コア４の形状および本数は、特に限定されるものではなく、例えばコア４が１本の入射路を８本の出射路に分岐するような分岐路となっていてもよい。
【００１８】
ヒーター６Ａは、クラッド３の表面のコア４に対応する位置（本第１実施形態ではコア４の真上よりも少し外側位置）に配設されており、コア４と略平行に延在している。このヒーター６Ａは、クラッド３を介してコア４を加熱することによりクラッド３とコア４の屈折率を変化させて、コア４で導波される光の伝播を制御するためのものである。また、ヒーター６Ａの両端部には、電気回路５が電気的に接続されており、この電気回路５からヒーター６Ａに給電が行われるようになっている。
【００１９】
ヒーター６Ａおよび電気回路５は、共にＴｉ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、またはＮｉＣｒなどの金属薄膜がパターニングされることにより形成されており、特にヒーター６Ａは、金属薄膜が細線とされてその部分の抵抗値が上げられることにより形成され、ジュール熱によって発熱するようになっている。
【００２０】
例えば、金属薄膜としてＡｕを用いれば、耐環境性に優れたヒーター６Ａとすることができ、さらにヒーター６Ａの寸法を、例えば幅１０μｍ、厚さ０．２μｍ、長さ５００μｍとすれば抵抗値が数十オームとなり、数十ミリワットの熱源とすることができる。
【００２１】
さらに詳細には、ヒーター６Ａは、図１（ｂ）および図２（ａ）に示すように、長手方向に沿って、クラッド３に接触する接触部６１と、クラッド３と空間６３を隔てて離間する離間部６２とを交互に有している。離間部６２は接触部６１よりもクラッド３から離間する方向に突出していて、ヒーター６Ａは凹凸を繰り返す形状となっている。
【００２２】
具体的には、離間部６２は、側面視でクラッド３側に開口する略コ字状をなしており、離間部６２とクラッド３との間に形成される空間６３は、ヒーター６Ａの幅方向に開放されている。なお、離間部６２は、図２（ｂ）に示す変形例のヒーター６Ｂのように、側面視で円弧状をなしていてもよい。
【００２３】
接触部６１および離間部６２の具体的な寸法としては、例えば接触部６１および離間部６２の長さをそれぞれ２０μｍとして、離間部６２のピッチを４０μｍとすることができる。なお、離間部６２のピッチは、必ずしも一定である必要はなく、適宜選定可能である。
【００２４】
このような光導波路基板１Ａを製造するには、次のようにすればよい。
【００２５】
１）まず、基板１上に、コア４を保持するクラッド３を形成して、図３に示すよう中間生成体１０を生成する。この生成方法としては、コア４及びクラッド３の材料に応じて各種の積層・パターニング技術を用いることができ、化学的・物理的蒸着、ゾルゲル法、浸漬や滴下後にスピンさせて形成する方法、型転写等により形成する方法がある。コア４の形状は、所定のマスクパターンを通しての直接露光現象、パターニングしたフォトレジストを介した反応性イオンエッチング、型転写等により形成することができる。
【００２６】
２）次いで、図４（ａ）に示すように、クラッド３の表面に、ヒーター６Ａの離間部６２が配置される位置に第１レジスト７１をパターニングする。このパターニングには、フォトリソグラフィ法などが採用可能である。このときの第１レジスト７１の膜厚が、離間部６２がクラッド３から離間する距離になる。
【００２７】
３）その後に、図４（ｂ）に示すように、クラッド３の表面に、スパッタリングまたは蒸着などにより、ヒーター６Ａおよび電気回路５を構成する金属材料で金属薄膜７２を形成する。
【００２８】
４）次いで、図４（ｃ）に示すように、金属薄膜７２の上に、ヒーター６Ａおよび電気回路５に対応する形状に第２レジスト７３をパターニングする。このパターニングには、第１レジスト７１と同様に、フォトリソグラフィ法などが採用可能である。
【００２９】
５）その後に、図４（ｄ）に示すように、金属薄膜７２をエッチングすることで、ヒーター６Ａおよび電気回路５が形成される。
【００３０】
６）最後に、溶剤などにより、第１レジスト７１および第２レジスト７３を除去することで、光導波路基板１Ａを製造することができる。
【００３１】
このような光導波路基板１Ａでは、ヒーター６Ａに、クラッド３に接触する接触部６１と、クラッド３と空間６３を隔てて離間する離間部６２とを長手方向に沿って交互に凹凸状に設けたから、ヒーター６Ａでクラッド３を加熱したときに、クラッド３の熱膨張とヒーター６Ａの熱膨張の差によってそれらの界面にせん断力が生じたとしても、図５（ａ）および（ｂ）に示すように離間部６２が変形することで、そのせん断力が離間部６２に吸収されて低減されるため、クラッド加熱時のヒーター６Ａの剥離や断線を抑制することができる。
【００３２】
なお、ヒーター６Ａの離間部６２とクラッド３との間に形成される空間６３は、必ずしもヒーター６Ａの幅方向に開放されている必要はない。例えば、図６（ａ）および（ｂ）に示す変形例のヒーター６Ｃのように、離間部６２が下方に開口する平面視で矩形の箱状をなしていて、空間６３が閉じられていても、離間部６２によってせん断力を吸収することは可能である。ただし、本第１実施形態のように、空間６３がヒーター６Ａの幅方向に開放されていれば、離間部６２がヒーター６Ａの長手方向に伸縮し易くなり、離間部６２によるせん断力の吸収がより効果的に行われるようになる。
【００３３】
また、本第１実施形態では、ヒーター６Ａがコア４と略平行に延在している形態を示したが、ヒーター６Ａは、コア４に対して傾斜した方向に延在していたり、あるいは、屈曲しながらコア４に沿って延在していたりしてもよい。この場合には、接触部６１と離間部６２とを、コア４の長手方向に沿って交互に設ければよい。
【００３４】
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る光導波路基板１Ｂを説明する。
【００３５】
この光導波路基板１Ｂでは、離間部６２の厚みｔ２が接触部６１の厚みｔ１よりも大きく設定されており、離間部６２の抵抗値が接触部６１の抵抗値よりも小さくなっている。なお、その他の部分の構成については、第１実施形態に係る光導波路基板１Ａと同様である。
【００３６】
この光導波路基板１Ｂを製造するには、前述した６）の工程の後に、図８（ａ）に示すように、離間部６２のみが露出するように、第３レジスト７４をパターニングする。次いで、図８（ｂ）に示すように、めっきにより離間部６２にのみ金属７５を厚付けする。金属７５は、離間部６２と同種の金属であることが好ましいが、別種の金属を採用することも可能である。最後に、第３レジスト７４を除去すればよい。
【００３７】
このように、離間部６２の抵抗値を、接触部６１の抵抗値よりも小さくすれば、ヒーター機能に関与しない離間部６２での不要な発熱を抑え、消費電力を抑えることができる。また、離間部６２とクラッド３との間には空気層（空間６３）が介在しているために、離間部６２から熱が逃げにくく、離間部６２は接触部６１よりも高温になり易いが、前記のように離間部６２での局所的な発熱を抑えることで、離間部６２の溶断を防止することができる。
【００３８】
なお、離間部６２にのみ金属を厚付けする方法としては、めっきをする代わりに、第３レジスト７４をパターニングした後にスパッタや蒸着などを行って、リフトオフ法により接触部６１の上に第３レジスト７４を介して積層された金属を除去するようにしてもよい。
【００３９】
前記第２実施形態では、離間部６２の抵抗値を接触部６１の抵抗値よりも小さくするために、離間部６２の厚みｔ２を接触部６１の厚みｔ１よりも大きく設定しているが、離間部６２の抵抗値を接触部６１の抵抗値よりも小さくするには、図９に示す変形例の光導波路基板１Ｃや図１０に示す変形例のヒーター６Ｆのようにすることも可能である。
【００４０】
図９に示す光導波路基板１Ｃのヒーター６Ｅでは、離間部６２が接触部６１よりも抵抗率の小さな材料で構成されている。例えば、接触部６１の材料としてＡｌ（体積抵抗率：２６．７ｎΩ・ｍ）を用い、離間部６２の材料としてＡｕ（体積抵抗率２２ｎΩ・ｍ）を用いれば、接触部６１と離間部６２の体積が同じで場合には、離間部６２の抵抗値を接触部６１の抵抗値の約５分の４に低減できる。このように異なる材料の接触部６１と離間部６２でヒーター６Ｅを構成するには、レジストのパターニング、金属薄膜の形成、エッチングなどの工程を適宜組み合わせればよい。
【００４１】
また、図１０に示すヒーター６Ｆでは、離間部６２の幅Ｗ２が接触部６１の幅Ｗ１よりも大きく設定されている。このようなヒーター６Ｅの幅の設定は、前述した４）の工程を行う際に、第２レジスト７３のパターニングによって簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光導波路基板を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部拡大斜視図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態に係る光導波路基板の要部拡大断面側面図、（ｂ）は変形例の光導波路基板の要部拡大断面側面図である。
【図３】光導波路基板の斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、第１実施形態に係る光導波路基板の製造方法の工程図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は、第１実施形態に係る光導波路基板の効果の説明図である。
【図６】（ａ）は変形例のヒーターの平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る光導波路基板の側面図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は第２実施形態に係る光導波路基板の製造方法の工程図である。
【図９】変形例の光導波路基板の側面図である。
【図１０】変形例のヒーターの斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
１Ａ〜１Ｃ  光導波路基板
２    基板
３    クラッド
４    コア
５    電気回路
６Ａ〜６Ｆ  ヒーター
６１  接触部
６２  離間部
６３  空間
【図１】
2007133040.tif 000003
【図２】
2007133040.tif 000004
【図３】
2007133040.tif 000005
【図４】
2007133040.tif 000006
【図５】
2007133040.tif 000007
【図６】
2007133040.tif 000008
【図７】
2007133040.tif 000009
【図８】
2007133040.tif 000010
【図９】
2007133040.tif 000011
【図１０】
2007133040.tif 000012