JP2004326010A - Thermo-optic phase modulator and thermo-optic intensity modulator - Google Patents
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Abstract
【課題】小さな温度変化により光の位相を変化させることができる熱光学位相変調器および当該熱光学位相変調器を用いた熱光学強度変調器の提供。
【解決手段】光導波路のコアの温度を変化させて当該コアを伝播する光の位相を変化させる熱光学位相変調器であって、当該コアが、下記式で定義されるdS1550/dT−5〜65が3.0×10−5/℃以上であるガラスからなることを特徴とする熱光学位相変調器および当該を用いた熱光学強度変調器。
dS1550/dT−5〜65=dn1550/dT−5〜65+n1550・α−5〜65
上記式において、n1550は、波長1550nmの光に対する25℃における屈折率を示す。dn1550/dT−5〜65は、波長1550nmの光に対する屈折率の−5〜65℃における平均温度変化率を示す。α−5〜65は、−5〜65℃における平均線膨張係数を示す。
【選択図】 なしA thermo-optic phase modulator capable of changing the phase of light by a small temperature change and a thermo-optic intensity modulator using the thermo-optic phase modulator.
A thermo-optic phase modulator that changes the phase of light propagating through the core by changing the temperature of the core of the optical waveguide, wherein the core is dS 1550 / dT −5 defined by the following equation. -65 consists of glass which is 3.0 * 10 < -5 > / degreeC or more, The thermooptic phase modulator characterized by the above-mentioned, and the thermooptic intensity modulator using the same.
dS 1550 / dT −5 to 65 = dn 1550 / dT −5 to 65 + n 1550 · α −5 to 65
In the above formula, n 1550 represents a refractive index at 25 ° C. with respect to light having a wavelength of 1550 nm. dn 1550 / dT −5 to 65 represents an average temperature change rate at −5 to 65 ° C. of the refractive index with respect to light having a wavelength of 1550 nm. α −5 to 65 indicates an average linear expansion coefficient at −5 to 65 ° C.
[Selection figure] None
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光情報処理用の機器等に用いられる光学部品、特に、熱光学強度変調器、熱光学スイッチに適用可能な熱光学位相変調器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、通信ネットワークの光化に向けて、光機能デバイスの高機能化や小型化・低コスト化に関する研究開発が盛んに行われている。現在導入が進められている波長多重(WDM)伝送システムでは、光クロスコネクトシステムや光アド・ドロップ多重システムの開発が進められている。これらのシステムには光分波機能の他に光路の切り替え機能が必要である。現在、このような切り替え機能は光を電気に変換して行っている。しかし、光通信がもつ高速、広帯域という特徴を活かすネットワークを実現するためには、光を光のまま空間的に切り替える必要がある。そのようなデバイスとして、熱光学効果とマッハツェンダ(Mach−Zehnder)干渉計構造を組み合わせた熱光学強度変調器、熱光学スイッチがある。現在、提案されている熱光学スイッチは石英系ガラス導波路を用いた熱光学スイッチであり、非特許文献1および2にて、8×8や16×16規模のマトリックス光スイッチが報告されている。
【0003】
熱光学スイッチの最も基本となる回路は2×2スイッチである。2本の導波路アーム間の位相差Δφは、長さL、単位長さ当りの光路長変化dS/dT、導波路アーム間の温度差ΔT、光の波長λにより以下の式で表せる。
Δφ=2π・L・dS/dT・ΔT/λ
また、dS/dTは熱膨張係数α、屈折率n、屈折率温度変化dn/dTにより以下の式で表される。
dS/dT=dn/dT+n・α
従って、石英系ガラス導波路を用いた熱光学スイッチの場合、L=5mm、dn/dT=9×10−6/℃、n=1.44、α=4.3×10−7/℃、λ=1550nmとすると、スイッチングには約15℃が必要となる。
このような熱光学スイッチは、(M×N)個組み合わせてM×Nマトリックススイッチを構成することができるが、大規模なマトリックススイッチ、例えば16×16マトリックススイッチを構成する場合には、256個の熱光学スイッチが必要になるため、消費電力の増大が深刻な問題であり、より省電力な光スイッチ、即ち、より小さな温度差でスイッチングが可能な熱光学スイッチが望まれている。
また、石英系ガラス導波路を用いた熱光学スイッチの場合、応答速度は非常に遅く、1〜3ms程度であった。この応答速度も速くする点でも小さな温度差でスイッチングが可能な熱光学スイッチが望まれていた。
すなわち、これらの熱光学スイッチを可能とする、より小さな温度差で光の位相を変化させる熱光学位相変調器が望まれていた。
【0004】
【非特許文献1】
ジャーナル・オブ・ライトウエイブ・テクノロジー(J.Lightwave Technol.)(IEEE Photonics Technology Letters),1999年,第17巻,第7号,p.1192−1199
【非特許文献2】
アイイーイーイー・フォトニクス・テクノロジー・レターズ(IEEEPhotonics Technology Letters),1998年,第10巻,第6号,p.810−812
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
小さな温度変化により光の位相を変化させることができる熱光学位相変調器および当該熱光学位相変調器を用いた熱光学強度変調器の提供。
【0006】
【課題を解決するための手段】
(1)光導波路のコアの温度を変化させて当該コアを伝播する光の位相を変化させる熱光学位相変調器であって、
当該コアが、下記式で定義されるdS1550/dT−5〜65が3.0×10−5/℃以上である酸化ガラスからなることを特徴とする熱光学位相変調器。
dS1550/dT−5〜65=dn1550/dT−5〜65+n1550・α−5〜65
上記式において、n1550は、波長1550nmの光に対する25℃における屈折率を示す。dn1550/dT−5〜65は、波長1550nmの光に対する屈折率の−5〜65℃における平均温度変化率を示す。α−5〜65は、−5〜65℃における平均線膨張係数を示す。
(2)上記(1)の熱光学位相変調器を有する熱光学強度変調器。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の熱光学位相変調器は、波長1550nmの光に対する25℃における屈折率n1550(以下、n1550という。)、波長1550nmの光に対する屈折率の−5〜65℃における平均温度変化率dn1550/dT−5〜65(以下、dn1550/dT−5〜65という。)および−5〜65℃における平均線膨張係数α−5〜65(以下、α−5〜65という。)を用いて下記式で表されるdS1550/dT−5〜65(以下、dS1550/dT−5〜65という。)が3.0×10−5/℃以上である酸化ガラス(以下、本発明のガラスという。)からなるコアを有する光導波路を有するものである。
dS1550/dT−5〜65=dn1550/dT−5〜65+n1550・α−5〜65
この光導波路は光を伝播させる媒体であって、光ファイバ、基板上または基板内部に形成された平面光導波路が例示され、形状は限定されない。
【0008】
本発明のガラスはdS1550/dT−5〜65が3.0×10−5/℃以上であり、波長が400〜1800nmの光に対する光路長の温度変化による変化が大きい。dS1550/dT−5〜65は、好ましくは3.2×10−5/℃以上、より好ましくは3.5×10−5/℃以上、特に好ましくは4.0×10−5/℃以上である。
本発明のガラスはα−5〜65が170×10−7/℃以下であることが好ましい。170×10−7/℃超では、dn1550/dT−5〜65が小さくなり、結果として高いdS1550/dT−5〜65が得にくくなる。より好ましくはα−5〜65は150×10−7/℃以下、特に好ましくは130×10− 7/℃以下である。また、α−5〜65は30×10−7/℃以上であることが好ましい。30×10−7/℃未満では、結果としてdS1550/dT−5〜65が小さくなる場合がある。より好ましくは50×10−7/℃以上である。
本発明のガラスはdn1550/dT−5〜65が1.0×10−5/℃以上であることが好ましい。1.0×10−5/℃未満では、波長が400〜1800nmの光に対する光路長の温度変化による変化が小さくなる。より好ましくは1.3×10−5/℃以上、さらに好ましくは1.5×10−5/℃以上、特に好ましくは1.8×10−5/℃以上である。
本発明のガラスのn1550は1.7以上であることが好ましい。1.7未満ではdS1550/dT−5〜65が小さくなる恐れがある。より好ましくは1.8以上、さらに好ましくは1.9以上、特に好ましくは2.0以上である。
本発明のガラスは、α−5〜65が50×10−7/℃以上であり、かつdn1550/dT−5〜65が1.5×10−5/℃以上であることが好ましい。
【0009】
本発明のガラスはBi2O3を含有することが好ましい。
Bi2O3の含有量は、酸化物基準のモル%表示で、好ましくは10モル%以上、より好ましくは20モル%以上、特に好ましくは35モル%以上、最も好ましくは40モル%以上である。また、良好なガラス化、透明性の点からは、80モル%以下であることが好ましく、75モル%以下であることがより好ましく、70モル以下であることが特に好ましい。
【0010】
また、本発明のガラスが含有してもよい成分としては、
たとえば、Ga2O3、Al2O3、B2O3、SiO2、In2O3、BaO、ZnO、GeO2、WO3およびTeO2が挙げられる。これらの成分の含有量は各々30モル%以下が好ましい。
また、TiO2、ZrO2、SnO2、Li2O、Na2O、K2O、Rb2OおよびCs2Oを含有してもよく、これらの成分については各々10モル%以下が好ましい。
【0011】
さらにBeO、MgO、CaO、SrO、Y2O3、La2O3、CdOおよびPbOを含有してもよいが、これらの成分については、合計で10モル%以下であることが好ましい。
【0012】
本発明のガラスは、酸化物基準で下記の組成を有することが好ましい。
Bi2O3: 30〜75モル%
SiO2+B2O3: 10〜60モル%
Al2O3+Ga2O3+In2O3: 5〜25モル%
ZnO+BaO: 0〜20モル%
Li2O+Na2O+K2O: 0〜15モル%
CeO2: 0〜3モル%
なお、本発明の目的を損なわない範囲でこれらの成分以外の成分を含有してもよい。また、たとえば「ZnO+BaO:0〜20モル%」とは、ZnOおよびBaOはいずれも必須ではないが、合計で20モル%まで含有してもよい、の意である。
【0013】
(ガラスの作製方法)
本発明のガラスの作製法については特に制限はなく、所定の原料を混合し、白金ルツボ、アルミナルツボ、石英ルツボやイリジウムルツボ中に入れ、例えば、800〜1300℃の空気中で溶融し、得られた融液を所定のモールドにキャストすることによって作製できる。また、ゾルゲル法や気相蒸着法などの溶融法以外の方法で作製してもよい。
【0014】
(dS1550/dT−5〜65の算出方法)
n1550、dn1550/dT−5〜65およびα−5〜65をたとえば以下のように測定して、dS1550/dT−5〜65を算出する。
n1550およびdn1550/dT−5〜65: 各ガラスを加工して厚みが10mm、1辺が20mmの正三角形状プリズムを作製し、このプリズムについてカルニュー光学工業社製精密分光計GMR−1を用いて波長が1550nmの光に対する屈折率を−5〜+65℃の範囲で10℃間隔で測定して、25℃における屈折率n1550、−5〜65℃のnの平均温度変化率dn1550/dT−5〜65を求める。
α−5〜65: RIGAKU社製熱機械分析装置(TMA)TAS100を用いて−70〜+200℃の範囲で測定を行い、−5〜65℃における平均線膨張係数α−5〜65を求める。
【0015】
本発明の光学部品が使用される光の波長は特に限定されないが、本発明の光学部品は波長が500〜1800nmである光を使用する光通信、光情報処理、温度センサ等に好適である。
【0016】
(熱光学位相変調器の作製方法)
dS1550/dT−5〜65が3.0×10−5/℃以上の酸化物ガラスからなるコアを有する光導波路の近傍に、ヒーターなどのコアの加熱を可能とする加熱手段を設けることにより熱光学位相変調器を作製することができる。図1に熱光学位相変調器を示した。図1において、コア1およびクラッド2が構成する光導波路の近傍にヒーター3が設置されている。
本発明の熱光学位相変調器の作製法については特に制限はなく、例えば、プラズマ法、スパッタ法、ゾルゲル法、MOCVD法、真空蒸着法、火炎堆積法(VAD法、OVD法、MCVD法など)、などガラス作製方法と、ドライエッチング、ウェットエッチング、レーザー加工、切削加工などの加工方法の組み合わせで作製することができる。また、ガラスのキャスティングやプレス成形、ドローイングなどを用いて作製しても良い。
【0017】
例えば、公知の光導波路作製方法にて、dS1550/dT−5〜65が3.0×10−5/℃以上の酸化物ガラスからなるコアを有する光導波路を作製した後、フォトリソグラフィーと反応性イオンエッチングによって薄膜ヒーターを形成させることで作製できる。さらに、ヒーターの酸化や傷を防ぐために、SiO2等のガラス膜をヒーター状に形成してもよい。なお、ヒーターの熱は光導波路と接触する媒体を通して伝わればよく、その媒体は限定されない。
光導波路は、例えば、凸型プロセスによって作製される。すなわち、基板上に下部クラッド層をスパッタリング法、プラズマCVD法、レーザーアブレーション法、電子ビーム蒸着法等(以下単にスパッタリング法等という。)によって形成する。次に、下部クラッド層上にコア層をスパッタリング法等によって形成し、該コア層をエッチング法等によって所望のパターンに加工しコアとする。下部クラッド層の上に該コアが形成された状態で上部クラッド層をスパッタリング法等によって形成する。ここで、上部クラッド層と下部クラッド層がクラッドを構成する。
【0018】
また、光導波路は、2段階熱イオン交換法によっても作製できる。すなわち、特開平6−194533号公報等によって公知の2段階熱イオン交換法を適用して光増幅導波路とするのに好適である。前記2段階熱イオン交換法とは、導波路を構成すべき部分以外にマスクをしたガラス(被イオン交換ガラス)をイオン交換用融液Aに浸漬して前記マスクをされていない部分に高屈折率イオン交換層(以下高屈折率層という。)を形成し、次に、前記高屈折率層をガラス内部に移動させるべく別のイオン交換用融液Bにガラスを浸漬し、かつ電場を印加するものである。たとえば、前記ガラスはNaを含有し、前記イオン交換用融液AはAgNO3融液であり、前記イオン交換融液BはNaNO3融液である。
また、光ファイバについてはたとえば次のようにして作製される。すなわち、周知のガラス作製法を用いてコア/クラッド構造を有するプリフォームを作製し、このプリフォームを電気炉中に入れて軟化させ、所望の外径となるように制御しながら線引き加工する。クラッドガラスのまわりに樹脂層を形成する場合は、たとえば前記線引き加工で得られたコア/クラッド構造ガラスファイバーにUV硬化性樹脂をコーティング後UV照射を行い前記樹脂層を形成する。
【0019】
(熱光学強度変調器の作製方法)
本発明の熱光学位相変調器を用いて、熱光学スイッチの基本単位である熱光学強度変調器を作製することができる。
熱光学強度変調器とは、熱光学効果を利用して光の強度を変化させる装置であり、代表的にはマッハツェンダ干渉型熱光学強度変調器として知られている。
図2において、マッハツェンダ干渉型熱光学強度変調器を示した。2個の方向性結合器6とそれらを結ぶ2本の光導波路アーム4から成るマッハツェンダ干渉計構成を有し、片方の光導波路アーム上には熱光学効果移相器として薄膜ヒーター5が設けられている。
近傍に熱光学効果移相器を有する光導波路アームを本発明の熱光学位相変調器で構成することにより、小さい温度変化で光強度変化が可能な熱光学強度変調器を得ることができる。
【0020】
また、上記熱光学強度変調器によって、小さな温度差でスイッチィング可能であり、応答速度が速い熱光学スイッチを提供することができる。
【0021】
【実施例】
表1に示した組成を有するガラス1〜5を作製した。ガラス1〜4およびガラス5(石英ガラス)について、n1550、dn1550/dT−5〜65(単位:10−6/℃)およびα−5〜65(単位:10−7/℃)を以下のようにして測定し、dS1550/dT−5〜65(単位:10−6/℃)を算出した。
n1550およびdn1550/dT−5〜65:各ガラスを加工して厚みが10mm、1辺が20mmの正三角形状プリズムを作製した。このプリズムについてカルニュー光学工業社製精密分光計GMR−1を用いて波長が1550nmの光に対する屈折率を−5〜+65℃の範囲で10℃間隔で測定して、25℃における屈折率n1550、−5〜65℃のnの平均温度変化率dn1550/dT−5〜65を求めた。
α−5〜65:ガラス1〜4については、RIGAKU社製熱機械分析装置(TMA)TAS100を用いて−70〜+200℃の範囲で測定を行い、−5〜65℃における平均線膨張係数α−5〜65を求めた。ガラス5の石英ガラスについては、熱膨張係数が小さいため、ULVAC社製レーザー膨張計LIX−1を用いて−150〜+200℃の範囲で測定を行い、−5〜65℃における平均線膨張係数α−5〜65を求めた。
また、前述のように、熱光学スイッチの2本の導波路アーム間の位相差Δφは、長さL、単位長さ当りの光路長変化dS/dT、導波路アーム間の温度差ΔT、光の波長λにより以下の式で表せる。
Δφ=2π・L・dS/dT・ΔT/λ
そこで、スイッチングに必要な温度差の指標として、上記の式に、L=5mm、λ=1550nm、dS/dTに得られたdS1550/dT−5〜65(単位:10−6/℃)を代入することにより、Δφがπとなる温度ΔT1550(単位:℃)を算出した。
結果を表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】
本発明のdS1550/dT−5〜65が3.0×10−5/℃以上のガラスは、ΔT1550が各段に小さく、小さい消費電力で、速い応答速度で熱光化学位相変調が可能であり、熱光学強度変調器、光熱スイッチ等に応用可能な熱光学位相変調器を提供できることがわかる。
【発明の効果】
本発明の熱光学位相変調器により小さな温度差で光の位相を変化させることが可能であり、本発明の熱光学位相変調器を用いて、消費電力が小さく、応答速度が速い、熱光学強度変調器、光熱スイッチ等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】熱光学位相変調器である。
【図2】熱光学強度変調器である。
【符号の説明】
1 光導波路のコア
2 光導波路のクラッド
3 ヒーター
4 光導波路アーム
5 ヒーター
6 方向性結合器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical component used in equipment for optical communication and optical information processing, and more particularly to a thermo-optic phase modulator applicable to a thermo-optic intensity modulator and a thermo-optic switch.
[0002]
[Prior art]
In recent years, research and development related to the enhancement of functionality, miniaturization, and cost reduction of optical functional devices have been actively conducted toward the opticalization of communication networks. In a wavelength division multiplexing (WDM) transmission system that is currently being introduced, an optical cross-connect system and an optical add / drop multiplexing system are being developed. These systems require an optical path switching function in addition to the optical demultiplexing function. At present, such a switching function is performed by converting light into electricity. However, in order to realize a network that takes advantage of the high-speed and broadband characteristics of optical communication, it is necessary to switch light spatially as it is. Such devices include thermo-optic intensity modulators and thermo-optic switches that combine the thermo-optic effect with a Mach-Zehnder interferometer structure. Currently, the proposed thermo-optic switch is a thermo-optic switch using a silica-based glass waveguide, and
[0003]
The most basic circuit of the thermo-optic switch is a 2 × 2 switch. The phase difference Δφ between the two waveguide arms can be expressed by the following expression using the length L, the optical path length change dS / dT per unit length, the temperature difference ΔT between the waveguide arms, and the light wavelength λ.
Δφ = 2π · L · dS / dT · ΔT / λ
Further, dS / dT is expressed by the following equation by the thermal expansion coefficient α, the refractive index n, and the refractive index temperature change dn / dT.
dS / dT = dn / dT + n · α
Therefore, in the case of a thermo-optic switch using a silica-based glass waveguide, L = 5 mm, dn / dT = 9 × 10 −6 / ° C., n = 1.44, α = 4.3 × 10 −7 / ° C., When λ = 1550 nm, about 15 ° C. is required for switching.
Such (M × N) thermo-optic switches can be combined to form an M × N matrix switch. However, when a large-scale matrix switch, for example, a 16 × 16 matrix switch is configured, 256 switches are used. Therefore, an increase in power consumption is a serious problem, and a more power-saving optical switch, that is, a thermo-optical switch capable of switching with a smaller temperature difference is desired.
In the case of a thermo-optic switch using a silica glass waveguide, the response speed is very slow, about 1 to 3 ms. In view of increasing the response speed, a thermo-optic switch that can be switched with a small temperature difference has been desired.
That is, a thermo-optic phase modulator that enables these thermo-optic switches to change the phase of light with a smaller temperature difference has been desired.
[0004]
[Non-Patent Document 1]
Journal of Lightwave Technology (IEEE Photonics Technology Letters), 1999, Vol. 17, No. 7, p. 1192-1199
[Non-Patent Document 2]
IEE Photonics Technology Letters, 1998, Vol. 10, No. 6, p. 810-812
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
A thermo-optic phase modulator capable of changing the phase of light by a small temperature change and a thermo-optic intensity modulator using the thermo-optic phase modulator.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
(1) A thermo-optic phase modulator that changes the phase of light propagating through the core by changing the temperature of the core of the optical waveguide,
The thermo-optic phase modulator, wherein the core is made of an oxide glass in which dS 1550 / dT −5 to 65 defined by the following formula is 3.0 × 10 −5 / ° C. or more.
dS 1550 / dT −5 to 65 = dn 1550 / dT −5 to 65 + n 1550 · α −5 to 65
In the above formula, n 1550 represents a refractive index at 25 ° C. with respect to light having a wavelength of 1550 nm. dn 1550 / dT −5 to 65 represents an average temperature change rate at −5 to 65 ° C. of the refractive index with respect to light having a wavelength of 1550 nm. α −5 to 65 indicates an average linear expansion coefficient at −5 to 65 ° C.
(2) A thermo-optic intensity modulator having the thermo-optic phase modulator of (1) above.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The thermo-optic phase modulator of the present invention has a refractive index n 1550 at 25 ° C. (hereinafter referred to as n 1550 ) for light having a wavelength of 1550 nm and an average temperature change rate dn at −5 to 65 ° C. of the refractive index for light having a wavelength of 1550 nm. 1550 / dT −5 to 65 (hereinafter referred to as dn 1550 / dT −5 to 65 ) and an average linear expansion coefficient α −5 to 65 (hereinafter referred to as α −5 to 65 ) at −5 to 65 ° C. DS 1550 / dT −5 to 65 (hereinafter referred to as “dS 1550 / dT −5 to 65 ”) represented by the following formula is 3.0 × 10 −5 / ° C. or higher (hereinafter referred to as the present invention). It has an optical waveguide having a core made of glass.
dS 1550 / dT −5 to 65 = dn 1550 / dT −5 to 65 + n 1550 · α −5 to 65
The optical waveguide is a medium for propagating light, and an optical fiber, a planar optical waveguide formed on or inside the substrate is exemplified, and the shape is not limited.
[0008]
In the glass of the present invention, dS 1550 / dT −5 to 65 is 3.0 × 10 −5 / ° C. or more, and the change due to temperature change of the optical path length with respect to light having a wavelength of 400 to 1800 nm is large. dS 1550 / dT −5 to 65 is preferably 3.2 × 10 −5 / ° C. or more, more preferably 3.5 × 10 −5 / ° C. or more, and particularly preferably 4.0 × 10 −5 / ° C. or more. It is.
In the glass of the present invention, α-5 to 65 is preferably 170 × 10 −7 / ° C. or less. If it exceeds 170 × 10 −7 / ° C., dn 1550 / dT −5 to 65 becomes small, and as a result, high dS 1550 / dT −5 to 65 becomes difficult to obtain. More preferably alpha -5~65 is 150 × 10 -7 / ℃ less, particularly preferably 130 × 10 - is 7 / ° C. or less. Moreover, it is preferable that (alpha) -5-65 is 30 * 10 < -7 > / degreeC or more. If it is less than 30 × 10 -7 / ℃, which may result dS 1550 / dT -5~65 decreases as. More preferably, it is 50 × 10 −7 / ° C. or more.
In the glass of the present invention, dn 1550 / dT −5 to 65 is preferably 1.0 × 10 −5 / ° C. or higher. If it is less than 1.0 * 10 < -5 > / degreeC, the change by the temperature change of the optical path length with respect to the light whose wavelength is 400-1800 nm will become small. More preferably, it is 1.3 × 10 −5 / ° C. or more, further preferably 1.5 × 10 −5 / ° C. or more, and particularly preferably 1.8 × 10 −5 / ° C. or more.
N 1550 of the glass of the present invention is preferably 1.7 or more. If it is less than 1.7, dS 1550 / dT −5 to 65 may be small. More preferably, it is 1.8 or more, More preferably, it is 1.9 or more, Most preferably, it is 2.0 or more.
In the glass of the present invention, α −5 to 65 is preferably 50 × 10 −7 / ° C. or higher, and dn 1550 / dT −5 to 65 is preferably 1.5 × 10 −5 / ° C. or higher.
[0009]
The glass of the present invention preferably contains Bi 2 O 3 .
The content of Bi 2 O 3 is preferably 10 mol% or more, more preferably 20 mol% or more, particularly preferably 35 mol% or more, and most preferably 40 mol% or more in terms of mol% based on oxide. . Moreover, from the point of favorable vitrification and transparency, it is preferable that it is 80 mol% or less, It is more preferable that it is 75 mol% or less, It is especially preferable that it is 70 mol or less.
[0010]
Moreover, as a component which the glass of this invention may contain,
Examples include Ga 2 O 3 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , SiO 2 , In 2 O 3 , BaO, ZnO, GeO 2 , WO 3 and TeO 2 . The content of these components is preferably 30 mol% or less.
Also, TiO 2, ZrO 2, SnO 2, Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, may contain Rb 2 O and Cs 2 O, are each 10 mol% or less for these components preferably.
[0011]
Further, BeO, MgO, CaO, SrO, Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CdO and PbO may be contained, but these components are preferably 10 mol% or less in total.
[0012]
The glass of the present invention preferably has the following composition on an oxide basis.
Bi 2 O 3: 30~75 mol%
SiO 2 + B 2 O 3 : 10 to 60 mol%
Al 2 O 3 + Ga 2 O 3 + In 2 O 3: 5~25 mol%
ZnO + BaO: 0 to 20 mol%
Li 2 O + Na 2 O + K 2 O: 0~15 mol%
CeO 2 : 0 to 3 mol%
In addition, you may contain components other than these components in the range which does not impair the objective of this invention. For example, “ZnO + BaO: 0 to 20 mol%” means that ZnO and BaO are not essential, but may be contained up to 20 mol% in total.
[0013]
(Glass production method)
The method for producing the glass of the present invention is not particularly limited, and a predetermined raw material is mixed and placed in a platinum crucible, an alumina crucible, a quartz crucible or an iridium crucible, for example, melted in air at 800 to 1300 ° C. It can produce by casting the obtained melt into a predetermined mold. Moreover, you may produce by methods other than melting methods, such as a sol-gel method and a vapor deposition method.
[0014]
(Calculation method of dS 1550 / dT -5 to 65 )
n 1550 , dn 1550 / dT −5 to 65 and α −5 to 65 are measured, for example, as follows to calculate dS 1550 / dT −5 to 65 .
n 1550 and dn 1550 / dT −5 to 65 : Each glass is processed to prepare a regular triangular prism having a thickness of 10 mm and a side of 20 mm. A precision spectrometer GMR-1 manufactured by Kalnew Optical Co., Ltd. is used for this prism. The refractive index for light having a wavelength of 1550 nm is measured at intervals of 10 ° C. within a range of −5 to + 65 ° C., and the average temperature change rate dn 1550 / n of refractive index n 1550 at 25 ° C. and n of −5 to 65 ° C. dT -5 to 65 is obtained.
[alpha ] -5 to 65: Measurement is performed in the range of -70 to +200 [deg.] C. using a thermomechanical analyzer (TMA) TAS100 manufactured by RIGAKU, and average linear expansion coefficients [alpha] -5 to 65 at -5 to 65 [deg.] C. are obtained.
[0015]
The wavelength of light used by the optical component of the present invention is not particularly limited, but the optical component of the present invention is suitable for optical communication, optical information processing, temperature sensor, and the like using light having a wavelength of 500 to 1800 nm.
[0016]
(Method for manufacturing thermo-optic phase modulator)
By providing a heating means capable of heating the core, such as a heater, in the vicinity of the optical waveguide having a core made of oxide glass having dS 1550 / dT −5 to 65 of 3.0 × 10 −5 / ° C. or more. A thermo-optic phase modulator can be made. FIG. 1 shows a thermo-optic phase modulator. In FIG. 1, a heater 3 is installed in the vicinity of the optical waveguide formed by the core 1 and the clad 2.
The production method of the thermo-optic phase modulator of the present invention is not particularly limited. For example, plasma method, sputtering method, sol-gel method, MOCVD method, vacuum deposition method, flame deposition method (VAD method, OVD method, MCVD method, etc.) , Etc., and a combination of processing methods such as dry etching, wet etching, laser processing, and cutting. Moreover, you may produce using the casting of glass, press molding, drawing, etc.
[0017]
For example, after producing an optical waveguide having a core made of oxide glass with dS 1550 / dT −5 to 65 of 3.0 × 10 −5 / ° C. or more by a known optical waveguide production method, reaction with photolithography is performed. It can be produced by forming a thin film heater by reactive ion etching. Further, in order to prevent oxidation and scratches of the heater, a glass film such as SiO 2 may be formed in a heater shape. In addition, the heat of a heater should just be transmitted through the medium which contacts an optical waveguide, and the medium is not limited.
The optical waveguide is produced by, for example, a convex process. That is, a lower clad layer is formed on a substrate by sputtering, plasma CVD, laser ablation, electron beam evaporation (hereinafter simply referred to as sputtering). Next, a core layer is formed on the lower cladding layer by sputtering or the like, and the core layer is processed into a desired pattern by etching or the like to form a core. The upper clad layer is formed by sputtering or the like with the core formed on the lower clad layer. Here, the upper clad layer and the lower clad layer constitute a clad.
[0018]
The optical waveguide can also be produced by a two-step thermal ion exchange method. That is, it is suitable for forming an optical amplification waveguide by applying a known two-stage thermal ion exchange method according to Japanese Patent Laid-Open No. 6-194533. The two-stage thermal ion exchange method is a method in which a glass (ion exchange glass) with a mask other than the portion that should constitute the waveguide is immersed in the melt A for ion exchange and the portion that is not masked is highly refracted. An ion exchange layer (hereinafter referred to as a high refractive index layer) is formed, and then the glass is immersed in another ion exchange melt B in order to move the high refractive index layer into the glass, and an electric field is applied. To do. For example, the glass contains Na, the ion exchange melt A is an AgNO 3 melt, and the ion exchange melt B is a NaNO 3 melt.
The optical fiber is manufactured, for example, as follows. That is, a preform having a core / cladding structure is prepared using a well-known glass manufacturing method, the preform is placed in an electric furnace, softened, and drawn while being controlled to have a desired outer diameter. When the resin layer is formed around the clad glass, for example, the core / clad structure glass fiber obtained by the drawing process is coated with a UV curable resin and then irradiated with UV to form the resin layer.
[0019]
(Method for manufacturing thermo-optic intensity modulator)
Using the thermo-optic phase modulator of the present invention, a thermo-optic intensity modulator that is a basic unit of a thermo-optic switch can be produced.
A thermo-optic intensity modulator is a device that changes the intensity of light using a thermo-optic effect, and is typically known as a Mach-Zehnder interference thermo-optic intensity modulator.
FIG. 2 shows a Mach-Zehnder interference type thermo-optic intensity modulator. It has a Mach-Zehnder interferometer configuration composed of two
By configuring an optical waveguide arm having a thermo-optic effect phase shifter in the vicinity with the thermo-optic phase modulator of the present invention, a thermo-optic intensity modulator capable of changing the light intensity with a small temperature change can be obtained.
[0020]
The thermo-optic intensity modulator can provide a thermo-optic switch that can be switched with a small temperature difference and has a high response speed.
[0021]
【Example】
Glasses 1 to 5 having the compositions shown in Table 1 were produced. About glass 1-4 and glass 5 (quartz glass), n 1550 , dn 1550 / dT −5 to 65 (unit: 10 −6 / ° C.) and α −5 to 65 (unit: 10 −7 / ° C.) are as follows: As a result, dS 1550 / dT −5 to 65 (unit: 10 −6 / ° C.) was calculated.
n 1550 and dn 1550 / dT −5 to 65 : Each glass was processed to prepare a regular triangular prism having a thickness of 10 mm and a side of 20 mm. About this prism, the refractive index with respect to light with a wavelength of 1550 nm was measured at intervals of 10 ° C. in the range of −5 to + 65 ° C. using a precision spectrometer GMR-1 manufactured by Kalnew Optical Industry Co., Ltd., and the refractive index n 1550 at 25 ° C. The average temperature change rate dn 1550 / dT -5 to 65 of n at -5 to 65 ° C was determined.
α-5 to 65 : Glasses 1 to 4 are measured in the range of −70 to + 200 ° C. using a thermomechanical analyzer (TMA) TAS100 manufactured by RIGAKU, and the average linear expansion coefficient α at −5 to 65 ° C. -5 to 65 were obtained. Since quartz glass of
Further, as described above, the phase difference Δφ between the two waveguide arms of the thermo-optic switch is the length L, the optical path length change dS / dT per unit length, the temperature difference ΔT between the waveguide arms, the light Can be expressed by the following equation.
Δφ = 2π · L · dS / dT · ΔT / λ
Therefore, as an index of the temperature difference necessary for switching, LS = 5mm, λ = 1550nm, and dS 1550 / dT −5 to 65 (unit: 10 −6 / ° C.) obtained in dS / dT in the above formula. By substituting, a temperature ΔT 1550 (unit: ° C.) at which Δφ becomes π was calculated.
The results are shown in Table 1.
[0022]
[Table 1]
[0023]
The glass with dS 1550 / dT −5 to 65 of 3.0 × 10 −5 / ° C. of the present invention has a small ΔT 1550 in each stage, small power consumption, and thermophotochemical phase modulation with a fast response speed. It can be seen that a thermo-optic phase modulator applicable to a thermo-optic intensity modulator, a photothermal switch, etc. can be provided.
【The invention's effect】
The thermo-optic phase modulator of the present invention can change the phase of light with a small temperature difference. Using the thermo-optic phase modulator of the present invention, the power consumption is small and the response speed is fast. A modulator, a photothermal switch, or the like can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a thermo-optic phase modulator.
FIG. 2 is a thermo-optical intensity modulator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Core of
Claims (4)
当該コアが、下記式で定義されるdS1550/dT−5〜65が3.0×10−5/℃以上である酸化物ガラスからなることを特徴とする熱光学位相変調器。
dS1550/dT−5〜65=dn1550/dT−5〜65+n1550・α−5〜65
上記式において、n1550は、波長1550nmの光に対する25℃における屈折率を示す。dn1550/dT−5〜65は、波長1550nmの光に対する屈折率の−5〜65℃における平均温度変化率を示す。α−5〜65は、−5〜65℃における平均線膨張係数を示す。A thermo-optic phase modulator that changes the phase of light propagating through the core by changing the temperature of the core of the optical waveguide,
The thermo-optic phase modulator, wherein the core is made of an oxide glass having dS 1550 / dT −5 to 65 defined by the following formula of 3.0 × 10 −5 / ° C. or more.
dS 1550 / dT −5 to 65 = dn 1550 / dT −5 to 65 + n 1550 · α −5 to 65
In the above formula, n 1550 represents a refractive index at 25 ° C. with respect to light having a wavelength of 1550 nm. dn 1550 / dT −5 to 65 represents an average temperature change rate at −5 to 65 ° C. of the refractive index with respect to light having a wavelength of 1550 nm. α −5 to 65 indicates an average linear expansion coefficient at −5 to 65 ° C.
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