(57)【要約】【課題】熱干渉を抑制した小型な多連熱光学位相シフタおよびそれを用いた光干渉回路を提供すること。【解決手段】２つの方向性結合器１０２ａ、１０２ｂとそれらを連結するアーム導波路１０３からなるマッハツェンダ干渉計と、二重コア、アーム導波路１０３上に設置された薄膜ヒータ１１１、およびそのヒータ１１１に電力を供給する配線１１２とからなる位相シフタと、アーム導波路１０３の両側に形成された断熱溝１２１とから構成されている。二重コアとその上方の薄膜ヒータ１１１は、アーム導波路１０３で（図１の紙面の縦方向に）整列しておらず、アーム導波路１０３の長手方向に対して垂直方向に平行移動した位置にそれぞれが重なることがないように、ずらして配置したことを特徴としている。隣接する二重コアおよび薄膜ヒータ１１１をずらず量としては、薄膜ヒータ１１１の長さ以上にずらずことが重要である。【選択図】図１
2012103505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の平行に配置された光導波路上に薄膜ヒータがそれぞれ配置された多連熱光学位相シフタであって、
前記薄膜ヒータ近傍の前記光導波路の第１の領域は、前記光導波路の前記第１の領域以外の第２の領域よりも熱光学係数が大きく、
少なくとも隣り合う前記光導波路の第１の領域及び前記薄膜ヒータは、前記長手方向の位置において重ならないように配置された
ことを特徴とする多連熱光学位相シフタ。
【請求項２】
前記第１の領域は、第１のコア層と第２のコア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路であり、前記第２のコア層は前記第１のコア層よりも熱光学係数が大きく、
前記第２の領域は、前記第１のコア層と同じ熱光学係数の第３のコア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路であり、
スポットサイズ変換器を介して前記第１の領域と前記第２の領域とが接続された
ことを特徴とする請求項１に記載の多連熱光学位相シフタ。
【請求項３】
前記第１及び第２の領域は、コア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路であり、
前記第１の領域は、前記コア層よりも熱光学係数の大きな材料が充填された複数の溝が前記コア層に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の多連熱光学位相シフタ。
【請求項４】
前記第１の領域は、第１のコア層と第１のクラッド層と前記第１のクラッド層よりも屈折率の低い第２のクラッド層とからなる埋め込み型リブ光導波路であり、
前記第２の領域は、前記第１のクラッド層と同じ屈折率の第２のコア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路である
ことを特徴とする請求項１に記載の多連熱光学位相シフタ。
【請求項５】
第１及び第２の３ｄＢ結合器を有する可変光減衰器であって、
前記第１及び第２の３ｄＢ結合器は、請求項１〜４に記載の多連熱光学位相シフタで連結されたことを特徴とする可変光減衰器。
【請求項６】
１入力Ｎ出力の第１のスラブ導波路とＮ入力Ｍ出力の第２のスラブ導波路を有する１×Ｍ光スイッチであって、
前記第１のスラブ導波路と前記第２のスラブ導波路とは、光路長が同じＮ本の光導波路を有する請求項１〜４の多連熱光学位相シフタで連結されたことを特徴とする１×Ｍ光スイッチ。
【請求項７】
１入力Ｎ出力の第１のスラブ導波路とＮ入力Ｍ出力の第２のスラブ導波路を有する可変波長フィルタであって、
前記第１のスラブ導波路と前記第２のスラブ導波路とは、光路長が異なるＮ本の光導波路を有する請求項１〜４の多連熱光学位相シフタで連結されたことを特徴とする可変波長フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多連熱光学位相シフタおよびそれを用いた光干渉回路であり、より詳細には、熱光学効果を利用した多連熱光学位相シフタおよびそれを用いた光干渉回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、通信容量の拡大のために複数の光波長を用いた光波長多重通信システム（ＷＤＭシステム）の開発が盛んである。この光波長多重通信システムにおいて、多重化する個々の光波長の光強度ばらつきを抑制するための可変光減衰器は重要な光部品である。
【０００３】
図１４に、従来から広く用いられている、光導波路を用いたマッハツェンダ干渉計型の可変光減衰器の一例を示す。これは、２つの方向性結合器６０２ａ、６０２ｂとそれらを連結するアーム導波路６０３とからなるマッハツェンダ干渉計から構成されており、アーム導波路６０３の上方には光導波路を加熱するための薄膜ヒータ６１１が装荷されている。薄膜ヒータ６１１に電流を流すことによって、アーム導波路６０３が加熱されて、そのアーム導波路６０３を伝搬する光信号の位相を変化させることによって、マッハツェンダ干渉計から出力される光信号強度を可変できる。
【０００４】
このようなデバイスに用いられる光導波路の作製方法としては、図１５に示す通り、次のようなものがある。
【０００５】
シリコン基板７０１上に火炎堆積法（ＦＨＤ）を用いて、ＳｉＯ2-を主体とした下部クラッド層７０２、そして、ＳｉＯ2にＧｅＯ2を添加したコア層７０３を堆積する。そして、高温透明化を行なった後、コア層７０３に対して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いてコアパターンを形成し、再び火炎堆積法を用いて、ＳｉＯ2を主体とした上部クラッド層７０４を堆積して高温透明化を行い、埋め込み型光導波路を作製する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Kei Watanabe, Yasuaki Hashizume, Yusuke Nasu, Masaki Kohtoku, Mikitaka Itoh, and Yasuyuki Inoue, 「Ultralow power consumption silica-based PLC-VOA/Switch」,JLT, Vol.26 No. 14, July 15, 2008
【非特許文献２】Takuo Tanemura and Yoshiaki Nakano, 「Design and scalability analysis of optical phased-array 1 x N switch on planar lightwave circuit」, IEICE Electronics Express, Vol. 5, No. 16, pp. 603-609
【非特許文献３】Hiroyuki Tsuda, Mitsuhiro Yasumoto, Jiro Ito, Dwight Ritums, Jeff Dawley,David Kudzuma, Yuki Tanaka, and Keiichi Nashimoto, 「15 ns, high-speed wavelength tuning over 16 nm using electrically controllable PLZT arrayed waveguide grating」, OSA/NFOEC 2007, PDP47
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この従来のマッハツェンダ干渉計型の可変光減衰器では、以下のような課題があった。
【０００８】
図１４に示すような従来の可変減衰器は、２本のアーム導波路のうち一方のアーム導波路のみを加熱することによって、２本のアーム導波路を伝搬する光信号の位相差が変化し減衰器として機能する。しかし、２本のアーム導波路の間隔が非常に狭い場合には、熱干渉が発生し、一方のアーム導波路を加熱するための熱が、もう一方のアーム導波路も加熱してしまい、消費電力の増大を招く。さらには、本可変減衰器を多数並列に並べた場合には、隣接する可変減衰器に対して熱干渉による温度むらを与えてしまい、設定減衰量の変化を引き起こしていた。
【０００９】
この課題解決のために熱光学効果を用いた光回路が開発されていたが、平行するアーム導波路を十分離して設計する必要がありサイズ的なデメリットが生じていた。（非特許文献１参照）
一方で、本可変減衰器に用いているような熱光学位相シフタは、図１４に示すような可変減衰器に限らず、図１６に示す多ポート光スイッチ（非特許文献２参照）や図１７に示す可変波長フィルタ（非特許文献３参照）などへの応用が期待される。ここで、可変フィルタの引用文献においては、位相シフタとして電気光学効果を用いたものを使用しているが、熱光学効果を用いても同様な可変波長フィルタが実現できる。
【００１０】
しかしながら、前述の図１６、１７に示すような２つの回路においても、熱光学位相シフタを高密度に配置する必要があるが、従来技術では熱干渉により隣接する光導波路へ位相誤差を与えるため適用が困難であった。加えて、複数の位相シフタが必要であることから消費電力の観点でも熱光学位相シフタの適用は困難であった。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、隣接する光導波路間の熱干渉を抑制した小型な多連熱光学位相シフタおよびそれを用いた光干渉回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、２以上の平行に配置された光導波路上に薄膜ヒータがそれぞれ配置された多連熱光学位相シフタであって、前記薄膜ヒータ近傍の前記光導波路の第１の領域は、前記光導波路の前記第１の領域以外の第２の領域よりも熱光学係数が大きく、少なくとも隣り合う前記光導波路の第１の領域及び前記薄膜ヒータは、前記長手方向に対して垂直な位置において重ならないように配置されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の多連熱光学位相シフタにおいて、前記第１の領域が、第１のコア層と第２のコア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路であり、前記第２のコア層が前記第１のコア層よりも熱光学係数が大きく、前記第２の領域が、前記第１のコア層と同じ熱光学係数の第３のコア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路であり、スポットサイズ変換器を介して前記第１の領域と前記第２の領域とが接続されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の多連熱光学位相シフタにおいて、前記第１及び第２の領域が、コア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路であり、前記第１の領域は、前記コア層よりも熱光学係数の大きな材料が充填された複数の溝が前記コア層に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の多連熱光学位相シフタにおいて、前記第１の領域が、第１のコア層と第１のクラッド層と前記第１のクラッド層よりも屈折率の低い第２のクラッド層とからなる埋め込み型リブ光導波路であり、前記第２の領域が、前記第１のクラッド層と同じ屈折率の第２のコア層とクラッド層とからなる埋め込み型光導波路であることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、第１及び第２の３ｄＢ結合器を有する可変光減衰器であって、前記第１及び第２の３ｄＢ結合器は、請求項１〜４に記載の多連熱光学位相シフタで連結されたことを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、１入力Ｎ出力の第１のスラブ導波路とＮ入力Ｍ出力の第２のスラブ導波路を有する１×Ｍ光スイッチであって、前記第１のスラブ導波路と前記第２のスラブ導波路とは、光路長が同じＮ本の光導波路を有する請求項１〜４の多連熱光学位相シフタで連結されたことを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、１入力Ｎ出力の第１のスラブ導波路とＮ入力Ｍ出力の第２のスラブ導波路を有する可変波長フィルタであって、前記第１のスラブ導波路と前記第２のスラブ導波路とは、光路長が異なるＮ本の光導波路を有する請求項１〜４の多連熱光学位相シフタで連結されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、小型の多連熱光学位相シフタおよびそれを用いた光干渉回路において、隣接する光導波路間の熱干渉を抑制する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る可変光減衰器アレイの回路構成を示す図である。
【図２】図１の領域Ａの斜視図を示す図である。
【図３】第１の実施形態の二重コア部分の上面図を示す
【図４】（Ａ）は、従来の可変光減衰器の多連位相シフタの斜視図を示す図であり、（Ｂ）は、第１の実施形態における可変光減衰器の多連位相シフタの斜視図を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る１×５多ポート光スイッチの回路構成を示す図である。
【図６】図５の領域Ｂの３本のアーム導波路の斜視図を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る可変波長フィルタの回路構成を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る可変光減衰器アレイの回路構成を示す図である。
【図９】薄膜ヒータ１１１および溝１２２の上面図を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る１×５多ポート光スイッチの回路構成を示す図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態に係る可変波長フィルタの回路構成を示す図である。
【図１２】本発明の第７の実施形態における可変光減衰器アレイの回路構成を示す図である。
【図１３】（Ａ）は第７の実施形態のアーム導波路のヒータ直下の第１の領域の導波路構造を示す図であり、（Ｂ）はアーム導波路の第１の領域以外の第２の領域の導波路構造を示す図である。
【図１４】従来から広く用いられている、光導波路を用いたマッハツェンダ干渉計型の可変光減衰器の一例を示す図である。
【図１５】光導波路の作製工程を示す図である。
【図１６】従来の多ポート光スイッチを示す図である。
【図１７】従来の可変波長フィルタを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る２チャンネル可変光減衰器アレイの回路構成を示す。これは、光導波路１０１から回路に入力された光信号強度を所望の値に調整し出力する機能を有する。
【００２３】
本実施形態の回路構成を説明する。この可変光減衰器は、２つの方向性結合器１０２ａ、１０２ｂとそれらを連結するアーム導波路１０３からなるマッハツェンダ干渉計と、二重コア、アーム導波路１０３上に設置された薄膜ヒータ１１１、およびそのヒータ１１１に電力を供給する配線１１２とからなる位相シフタと、アーム導波路１０３の両側に形成された断熱溝１２１とから構成されている。
【００２４】
図２に、図１の領域Ａの斜視図を示す。また、前述の位相シフタを構成している光導波路は、ＧｅＯ2を添加した石英系コア２０１の内部に、シリコンからなるコア２０２が埋め込まれた構造をしている。これらの二重コアからなる光導波路の上方には薄膜ヒータ１１１が形成されており、この薄膜ヒータ１１１に配線１１２を介して電流を供給することによって位相シフタとして機能する。
【００２５】
図３に、本実施形態の二重コア部分の上面図を示す（尚、ここでは分かり易くするため、薄膜ヒータ１１１は図示せず）。シリコンコア２０２は、直方体のシリコンコア２０２ａと、その長手方向の両側に、石英コア２０１とシリコンコア２０２のスポットサイズ変換を行なうためのスポットサイズ変換器として、テーパ構造のシリコンコア２０２ｂとを配置した構成となっている。
【００２６】
次に、本発明の構成上の特徴を説明する。図１に示すように、前述の二重コアとその上方の薄膜ヒータ１１１は、アーム導波路１０３で（アーム導波路１０３の長手方向に対して垂直方向に）整列しておらず、アーム導波路１０３の長手方向に対して垂直方向に平行移動した位置にそれぞれが重なることがないように、ずらして配置したことを特徴としている。隣接する二重コアおよび薄膜ヒータ１１１をずらず量としては、薄膜ヒータ１１１の長さ以上にずらずことが重要である。これは、ヒータ加熱による熱分布がヒータの長手方向と垂直に分布しており、その影響を少なくするためである。これにより、熱干渉を抑制できる。
【００２７】
ここで、本可変光減衰器は、次の作製手順により作製できる。
【００２８】
シリコン基板上に、ＳｉＯ2層、シリコン層が形成されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用意する。次に、電子ビーム露光と反応性エッチングによって、シリコンコアを形成する。次に、シリコンコアを覆うように、ＧｅＯ2を添加した石英系ガラスを堆積し、フォトリソグラフィー技術と反応性エッチングにより石英系コアパターンを形成する。次に、石英系コアを覆うようにＳｉＯ2を主体とした上部クラッドガラスを堆積する。さらに、その上に、配線パターン・ヒータパターンを作製する。そして、断熱溝としての深溝をフォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチングにより作製する。作製するシリコンコアのコアサイズは０．５×０．３μｍ、石英系コアの屈折率は１．４８、コアサイズは４．５×３．５μｍである。
【００２９】
次に本実施形態の特徴である、二重コア構造もしくは薄膜ヒータ１１１を、アーム導波路１０３間でずらしたことによる効果を具体的に説明する。
【００３０】
図１４に示すような従来提案されている可変光減衰器では、一方のアーム導波路を加熱した際に、熱干渉によって隣接するアーム導波路についても温度上昇が発生してしまう。これらは以下のような問題を引き起こす。
【００３１】
（１）１チャネルの可変光減衰器を考えた場合には、消費電力の増大を招く。今回の熱光学型の可変光減衰器では、一方のアーム導波路を加熱することで熱光学効果を介して屈折率を上昇させ、２本のアーム導波路間に光路長差を発生させることによって動作する。従って、２本のアーム導波路間における温度差を所望の値にする必要がある。この時、熱干渉があると、一方のアーム導波路のみが加熱されず、他方のアーム導波路も熱干渉により加熱されるため、所望の温度差にするために、熱干渉がない場合に比べて、より大きな電力を必要とする。
【００３２】
（２）複数チャネルの可変光減衰器を考えた場合には、一方の可変光減衰器の動作状態（減衰量の設定値）が隣接の可変光減衰器の減衰量を変化させる。ある可変光減衰器のヒータへの電力を変化させた際、その電力に応じた熱干渉により、隣接する可変光減衰器の２本のアーム導波路間に温度勾配が発生する。つまり、隣接する２本のアーム導波路間の光路長差が変化することとなり、その２本のアーム導波路を含む可変光減衰器の減衰量が変化してしまう。
【００３３】
本実施形態のこれらの問題に対する効果について、図４を用いて説明する。図４（Ａ）に、従来の可変光減衰器の多連位相シフタの斜視図を示し、図４（Ｂ）に、本実施形態における可変光減衰器の多連位相シフタの斜視図を示す。ここで重要となるのは、隣接するコアへの温度上昇である。そこで、従来の構造において、コア２０１−１の屈折率が所望の値だけ変化するように加熱した際の隣接するコア２０１−２の温度上昇をΔＴAとした時、コア２０１−２の屈折率変化は次式の通り記述できる。
【００３４】
【数１】
2012103505.tif 000003
【００３５】
ここで、
【００３６】
【数２】
2012103505.tif 000004
【００３７】
は石英の熱光学係数である。
【００３８】
次に、図４（Ｂ）に示す本実施形態におけるコア２０１−２における屈折率変化は次式の通り記述できる。
【００３９】
【数３】
2012103505.tif 000005
【００４０】
ここで、ΔＴBはシリコンコアの屈折率が図４（Ａ）のコア２０１−１の屈折率変化と同じだけ変化するように加熱した際の隣接するコア２０１−２の温度上昇を示す。ここで、重要なのは、ΔＴBはΔＴAに比べて約１／２０の温度上昇に留まっている点である。これは、シリコンコアを内在した二重コア構造においては、光の電磁界分布のほとんどが屈折率の高いシリコンコア内に存在しており、かつ、シリコンの高い熱光学効果を利用できるためである。シリコンは石英ガラスに比べ、約２０倍の熱光学係数を持っており、同じ屈折率変化を与えるための温度上昇が１／２０に抑制できる。
【００４１】
以上の結果より、本実施形態においては、熱干渉を従来の１／２０にまで低減することが可能となる。
【００４２】
本実施例においては、従来よりも実効的な熱光学効果が高い熱光学位相シフタを用いることにより、低消費電力化にも寄与している。
【００４３】
本実施例のようなマッハツェンダ干渉計の場合、結合器の間のアーム導波路が平行に配置されるため、熱干渉は必ず発生してしまう。そこで、本実施例において特徴的なのは、（１）加熱領域には相対的に熱光学効果の大きな導波路を設け、そして、（２）その熱干渉を受けやすい箇所には相対的に熱光学効果の小さな導波路を配置することにより、熱干渉を抑制した点にある。この構成を用いることにより、隣接する導波路間の距離を短くすることが可能となり小型化が期待できる。
【００４４】
（第２の実施形態）
図５に本発明の第２の実施形態に係る１×５多ポート光スイッチの回路構成（薄膜ヒータへの配線は図示せず）を示す。これは、入力導波路３０１から回路に入力された光信号を出力導波路３０３の所望の出力ポートに出力する機能を有する。
【００４５】
本実施形態の回路構成を説明する。この多ポート光スイッチは、２つのスラブ導波路３１１、３１２とそれらを連結するアレイ導波路３０２からなる光干渉回路であり、アレイ導波路３０２には図２、３に示すような、二重コア、薄膜ヒータ３２１および断熱溝３３１を含む位相シフタが配置されている。
【００４６】
本実施形態の回路の動作原理を説明する。入力導波路３０１に入射した光信号は、第１のスラブ導波路３１１においてそれぞれのアレイ導波路３０２に分配される。次に、アレイ導波路３０２を伝搬する光信号は位相シフタにより所望の位相差が与えられ、その位相差によって第２のスラブ導波路３１２で集光する位置が決定される。各集光位置には出力導波路３０３を配置しており、５本の出力導波路のいずれかから出力させることができる。
【００４７】
次に、本実施形態の構造的な特徴を説明する。二重コアおよび薄膜ヒータ３２１は、複数の隣り合ったアレイ導波路間で図５に示すようにアレイ導波路３０２の長手方向に平行移動させて、ずらして配置したことを特徴としている。その結果、図５の領域Ｂの３本のアーム導波路の斜視図を示した図６のように、隣り合ったアレイ導波路３０２の長手方向に対して垂直な位置にはシリコンコアが埋め込まれていない、ということを特徴としている。
【００４８】
本実施形態の作製手順は実施形態１と同じであるため割愛する。
【００４９】
本実施形態の解決する課題と効果を簡単に以下に述べる。多ポート光スイッチでは、複数の位相シフタによる位相変化量をそれぞれ個別に所望の値に設定する必要がある。しかし、図１６に示す従来の多ポート光スイッチでは、アレイ導波路のある光導波路用の熱光学位相シフタによる発熱が、熱干渉によって他の光導波路中の光信号の位相を変化させてしまう。その結果、位相の制御が非常に複雑となる。それを解消するためには、アレイ導波路間の距離を十分に広くする必要があったが、サイズの増大を招いていた。そこで、本発明では、図５に示すように、相対的に熱光学効果の大きなシリコンを加熱領域にのみ配置し、かつ、隣接する光導波路に熱干渉を大きく及ぼす領域には、相対的に熱光学効果の小さい石英導波路を配置し、熱干渉を抑制したものである。
【００５０】
（第３の実施形態）
図７に本発明の第３の実施形態に係る可変波長フィルタの回路構成（薄膜ヒータへの配線は図示せず）を示す。これは、入力導波路３０１から回路に入力された光信号波長のうち、特定の波長のみを出力する機能を有する。
【００５１】
本実施形態の回路構成を説明する。この可変波長フィルタは、２つのスラブ導波路３１１、３１２とそれらを連結する長さの異なるアレイ導波路３０２からなる光干渉回路であり、アレイ導波路３０２には図２、３に示すような、二重コア、薄膜ヒータ３２１および断熱溝３３１を含む位相シフタが配置されている。
【００５２】
本実施形態の回路の動作原理を説明する。入力導波路に入射した光信号は、第１のスラブ導波路３１１においてそれぞれのアレイ導波路３０２に分配される。次に、アレイ導波路３０２を伝搬する光信号は長さの異なるアレイ導波路３０２を伝搬することで、第２のスラブ導波路３１２において、波長によって異なる位置に集光する。また、その集光位置は、位相シフタでアレイ導波路中を伝搬する光信号の位相を変えることによって変化させることができるため、特定の波長のみを取り出すことが可能となる。
【００５３】
本実施形態の作製手順は第２の実施形態と同じであるため割愛する。
【００５４】
本実施形態の解決する課題と効果を簡単に以下に述べる。本実施形態の可変波長フィルタにおいて所望の波長を出力させるためには、複数の位相シフタによる位相変化量をそれぞれ個別に所望の値にする必要がある。しかし、図１７に示す従来の可変波長フィルタでは、アレイ導波路のある光導波路用の熱光学位相シフタにおける発熱が、熱干渉によって他の光導波路中の光信号の位相を変化させてしまう。その結果、位相の制御が非常に複雑となる。それを解消するためには、アレイ導波路間の距離を十分に広くする必要があったが、サイズの増大を招いていた。そこで、本発明では、図７に示すように、相対的に熱光学効果の大きなシリコンを加熱領域にのみ配置し、かつ、隣接する光導波路に熱干渉を大きく及ぼす領域には、相対的に熱光学効果の小さい石英導波路を配置し、熱干渉を抑制したものである。
【００５５】
（第４の実施形態）
図８に本発明の第４の実施形態に係る可変光減衰器アレイの回路構成を示す。これは、光導波路１０１から回路に入力された光信号強度を所望の値に調整し出力する機能を有する。
【００５６】
本実施形態の回路構成を説明する。この可変光減衰器は、２つの方向性結合器１０２ａ、１０２ｂとそれらを連結するアーム導波路１０３からなるマッハツェンダ干渉計であり、アーム導波路１０３にはコアを分断するような溝１２２が形成されており、シリコーン樹脂が充填されている。図９に、薄膜ヒータ１１１および溝１２２の上面図を示す。ここで、本実施例で想定しているシリコーン樹脂は石英ガラスに比べ約−３７倍の熱光学効果を有しており、僅かな加熱で（石英ガラスに比べて）大きな位相変化を与えることができる。シリコーン樹脂を充填するための溝１２２の周囲にはシリコーン樹脂を加熱するための薄膜ヒータ１１１が形成されており、熱光学位相シフタとして動作させることができる。薄膜ヒータ１１１には配線１１２から電力を供給する。
【００５７】
次に、本発明の構成上の特徴を説明する。図８に示すように、薄膜ヒータ１１１を備えた位相シフタは、アーム導波路１０３で（アーム導波路１０３の長手方向に対して垂直な方向に）整列しておらず、アーム導波路１０３の長手方向に対して垂直方向に平行移動した位置にそれぞれが重なることがないように、ずらして配置したことを特徴としている。これにより、熱干渉を抑制できる。
【００５８】
次に、本可変光減衰器の作製手順を説明する。図１５に示す代表的な光導波路の作製方法により埋め込み型光導波路を作製する。その後、上部クラッド層の上に、配線パターン、ヒータパターンを作製する。そして、シリコーン樹脂を充填するための溝をフォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチングにより作製する。最後に、溝１２２近傍にシリコーン樹脂を塗布し、溝１２２の中にシリコーン樹脂を充填し硬化する。
【００５９】
本実施形態の効果は第１の実施形態とほぼ同様であるが、その効果の程度が異なる。シリコーン樹脂は石英ガラスに比べ約−３７倍の熱光学効果を有している。一方、シリコーン樹脂は図９に示す溝１２２の中に充填されており、その溝幅が１５μｍ、溝と溝との間隔が５０μｍとしている。その時、石英導波路と比べた場合の実効的な熱光学係数比は、凡そ下の式で与えることができる。
【００６０】
【数４】
2012103505.tif 000006
【００６１】
ここで、
【００６２】
【数５】
2012103505.tif 000007
【００６３】
は石英ガラスの熱光学係数で規格化したシリコーン樹脂の熱光学係数、Ｌsiliconeは加熱領域におけるシリコーン樹脂の光の伝搬方向の割合、ＬSiO2は加熱領域における石英ガラスの光の伝搬方向の割合を示す。溝１２２のパラメータを図９の通りとした本実施形態においては、Ｌsiliconeは１５／５０となり、ＬSiO2は３５／５０となる。また、シリコーン樹脂の熱光学効果は石英ガラスの約−３７倍であるため、
【００６４】
【数６】
2012103505.tif 000008
【００６５】
は−３７となる。よって、本実施形態における石英ガラスで規格化した実効的な熱光学係数比は−１０．４となる。従って、本実施形態においても、第１の実施形態と同様な説明により効果が期待でき、図１４に示す従来構成に比べて、その熱干渉は約１／１０．４倍まで抑制できる。
【００６６】
（第５の実施形態）
図１０に本発明の第５の実施形態に係る１×５多ポート光スイッチの回路構成を示す。これは、入力導波路３０１から回路に入力された光信号強度を所望のポートに出力する機能を有する。
【００６７】
本実施形態の回路構成を説明する。この多ポート光スイッチは、２つのスラブ導波路３１１、３１２とそれらを連結するアレイ導波路３０２からなる光干渉回路であり、アレイ導波路３０２には図９に示す位相シフタが配置されている。
【００６８】
本実施形態の回路の動作原理は第２の実施例と同様であるため割愛する。
【００６９】
本実施形態の作製手順は第４の実施形態と同じであるため割愛する。
【００７０】
次に、本実施形態の構造的な特徴を説明する。光導波路とシリコーンを充填した溝３３２と薄膜ヒータ３２１から構成される位相シフタは、複数の隣り合ったアレイ導波路間で図１０に示すようにアレイ導波路３０２の長手方向に平行移動させて、ずらして配置したことを特徴としている。
【００７１】
本実施形態の特徴と効果は次の通りである。図１０に示すように、相対的に熱光学効果の大きなシリコーン樹脂を加熱領域にのみ用いて、かつ、隣接する光導波路に熱干渉を大きく及ぼす領域には、相対的に熱光学効果の小さい石英導波路を配置し、熱干渉を抑制したものである。
【００７２】
（第６の実施形態）
図１１に本発明の第６の実施形態に係る可変波長フィルタの回路構成を示す。これは、入力導波路３０１から回路に入力された光信号波長のうち、特定の波長のみを出力する機能を有する。
【００７３】
本実施形態の回路構成を説明する。この可変波長フィルタは、２つのスラブ導波路３１１、３１２とそれらを連結する長さの異なるアレイ導波路３０２からなる光干渉回路であり、アレイ導波路には図９に記載の位相シフタが配置されている。
【００７４】
本実施形態の回路の動作原理は第３の実施例と同様であるため割愛する。
【００７５】
本実施形態の作製手順は第４の実施形態と同じであるため割愛する。
【００７６】
本実施形態の特徴と効果は次の通りである。図１１に示すように、相対的に熱光学効果の大きなシリコーン樹脂を加熱領域にのみ用いて、かつ、隣接する光導波路に熱干渉を大きく及ぼす領域には、相対的に熱光学効果の小さい石英導波路を配置し、熱干渉を抑制したものである。
【００７７】
（第７の実施形態）
図１２に本発明の第７の実施形態における可変光減衰器アレイの回路構成を示す。これは、光導波路１０１から回路に入力された光信号強度を所望の値に調整し出力する機能を有する。
【００７８】
本実施形態の回路構成は第１の実施形態と同様であるため、差異のみ説明する。主な違いは、ヒータ直下の導波路の違いである。
【００７９】
アーム導波路のヒータ直下の第１の領域は、図１３（Ａ）に示すような埋め込み型のリブ導波路構造であり、それ以外の第２の領域は、図１３（Ｂ）に示すような埋め込み型のチャネル導波路構造である。第１の領域は、シリコン基板５０１上にシリカ系ガラスからなる下部クラッド層５０２、シリコンからなるリブ導波路５０３、ＧｅＯ2を添加したシリカ系ガラスからなる第２の導波路のコア５０４、シリカ系ガラスからなる上部クラッド層５０５が積層されたものである。また、第２の領域は、シリコン基板５０１上にシリカ系ガラスからなる下部クラッド層５０２、ＧｅＯ2を添加したシリカ系ガラスかなるコア５０６、その周囲を覆うシリカ系ガラスかなる上部クラッド層５０５が積層されたものである。第２の導波路のコア５０４、５０６のＧｅＯ2を添加したシリカ系ガラスの屈折率は１．４８であり、サイズは図１３（Ａ）、１３（Ｂ）に示すように作製する。
【００８０】
第１の領域において、光の電磁界分布は屈折率の高いシリコンからなるリブ導波路５０３内に集中しており、かつ、シリコンはシリカに比べ、約２０倍の熱光学係数を有しているため第１の実施形態と同様な原理で熱干渉を抑制することができる。
【００８１】
本実施形態のような２種類の導波路を用いることによって、第２、第３の実施形態と同様に、多ポートスイッチおよび可変波長フィルタを作製できる。
【００８２】
第２、第３、第５、第６の実施形態においては、４本の導波路おきに導波路の長手方向に対して垂直方向に平行移動した箇所にヒータ加熱領域が配置される構成となるが、この４本という値は、アレイ導波路の間隔（回路のサイズ）などによって設計する値であり、要求条件によってその他の値であっても構わない。
【符号の説明】
【００８３】
１０１  入力導波路
１０２ａ、１０２ｂ  方向性結合器
１０３  アーム導波路
１１１  薄膜ヒータ
１１２  配線
１２１  断熱溝
１２２  シリコンを充填した溝
２０１、２０１−１、２０１−２  石英系コア
２０２  シリコンコア
２０２ａ  直方体のシリコンコア
２０２ｂ  テーパ構造のシリコンコア
３０１  入力導波路
３０２  アレイ導波路
３０３  出力導波路
３１１、３１２  スラブ導波路
３２１  薄膜ヒータ
３３１  断熱溝
３３２  シリコンを充填した溝
４０１  石英系コア
４０２  シリコンコア
５０１  シリコン基板
５０２  下部クラッド層
５０３  リブ導波路
５０４、５０６  第２の導波路のコア
５０５  上部クラッド層
６０１  入力導波路
６０２ａ、６０２ｂ  方向性結合器
６０３  アーム導波路
６１１  薄膜ヒータ
６２１  断熱溝
７０１  シリコン基板
７０２  下部クラッド層
７０３  コア層
７０４  上部クラッド層
８０１  入力導波路
８０２  アレイ導波路
８０３  出力導波路
８１１、８１２  スラブ導波路
８２１  薄膜ヒータ
【図１】
2012103505.tif 000009
【図２】
2012103505.tif 000010
【図３】
2012103505.tif 000011
【図４】
2012103505.tif 000012
【図５】
2012103505.tif 000013
【図６】
2012103505.tif 000014
【図７】
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【図８】
2012103505.tif 000016
【図９】
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【図１０】
2012103505.tif 000018
【図１１】
2012103505.tif 000019
【図１２】
2012103505.tif 000020
【図１３】
2012103505.tif 000021
【図１４】
2012103505.tif 000022
【図１５】
2012103505.tif 000023
【図１６】
2012103505.tif 000024
【図１７】
2012103505.tif 000025