用于光学波导的加热器和用于配置用于光学波导的加热器的方法与流程

本发明涉及一种用于光学波导的加热器和用于配置用于光学波导的加热器的方法，并且具体地，涉及一种用于具有减小加热器的电阻的结构的光学波导的加热器和用于配置用于光学波导的加热器的方法。

背景技术：

通过使用plc(平面光波回路(planarlightwavecircuit))将许多种功能性光学设备(诸如，awg(阵列波导光栅)、分光器等)投入实际使用。光学移相器是组成功能性光学设备的组件的示例。光学移相器通过使用在光学波导附近形成的加热器来局部地改变光学波导的温度，从而改变光学信号的相位。通过使用光学移相器，可以通过plc来制造各种功能性光学设备，诸如，voa(可变光学衰减器)、波长可变激光器等。

例如，在voa中，可以通过plc来制造具有两个臂部的mach-zehnder干涉仪。通过对在mach-zehnder干涉仪的一个臂部上形成的光学移相器的加热器进行加热，臂部的折射率发生变化。因此，可以控制mach-zehnder干涉仪的光学透射率。进一步地，将针对voa使用2输入2输出的输出耦合器的光学开关投入实际使用。

针对波长可变激光器，可以使用环形谐振器。在波长可变激光器中，光学移相器在组成环形谐振器的光学波导附近形成。可以通过对设置在光学移相器中的加热器进行加热来实现改变激光器的波长的操作。如上所述，通过动态地改变光学波导的光学传输状态，光学移相器可以制造具有各种功能的plc。

图5和图6分别是示出了与本发明有关的光学移相器500和600的结构的示意图。图5和图6分别是光学移相器500和600的俯视图。在图5和图6中，未示出不通过加热器进行加热的另一光学波导。

在图5中，线性光学波导502在光学波导基板501上形成，并且进一步地，线性加热器503在光学波导502正上方形成。因为光学波导502在位于加热器503下方的层中形成，所以用虚线表示光学波导。电极511和512设置在加热器503的两端处。电极511和512是用于将电压施加至由普通导体组成的加热器503的引出电极。通过外部电源将电压+v施加至设置在加热器503的一端处的电极511。电极512是gnd(接地)电极。在电极511与512之间施加电压+v，电流流经加热器503，由此，加热器503生成热。由加热器503生成的热来进行加热的光学波导502作为光学移相器操作，由此，按照具有期望特性的方式改变通过光学波导502传播的光。

图6示出了沿着组成环形谐振器的光学波导形成加热器的光学移相器600的示例。在图6中，圆形光学波导602在光学波导基板601上形成，并且圆形加热器603在光学波导602上方形成。电极611和612按照电流在整个加热器603中流动的方式设置在加热器603的两端处。电极611和612是用于将电压施加至由普通导体组成的加热器603的电极。通过外部电源将电压+v施加至电极611，电极612接地，由此，加热器603生成热，并且光学波导602作为移相器操作。

针对本发明，在专利文献1中，描述了一种具有通过由加热器生成的热来改变通过光学波导传播的光学信号的相位的结构的voa。进一步地，在专利文献2中，描述了一种在波长可变单元中使用加热器的波长可变激光器设备。

[引文列表]

[专利文献]

[ptl1]日本专利申请特开2005-141074号公报(段落[0030])

[ptl2]国际公开第2009/119284号(段落[0023])

技术实现要素：

[技术问题]

针对光学波导的每个应用或者结构，必须由加热器来进行加热的光学波导的长度不同。为此，加热器长度取决于光学波导的结构。另一方面，当可以通过使用供应预定电压的电源来获取期望特性的温度对光学波导进行加热时，需要将加热器的电阻(在下文中，称为“加热器电阻”)设置为预定范围内的值。为了将加热器电阻设置为预定范围内的值，需要在设计加热器时适当地设置加热器的厚度和宽度。

当需要具有较长的长度的加热器但是将其加热器电阻限制为预定值时，必须增加加热器的厚度或者加热器的宽度。然而，在使用高熔点金属(诸如，pt(铂)、tin(氮化钛)等)的常见加热器中，当形成厚度为0.5微米或者以上的薄膜时，可能会出现由薄膜沉积等引起的失真所造成的不良影响。进一步地，当加热器的厚度增加时，对不打算在光学波导基板上进行加热的区域(例如，除了光学波导的用于光学移相器的部分之外的任何部分)进行加热，由此，可能无法获得光学功能设备的期望特性。因此，在使用加热器的光学移相器中，难以减小加热器电阻，并且限制了加热器电阻的设置范围。因此，很少出现由加热器生成的热量的控制范围较小的问题。

(发明目的)

本发明的目的是提供一种增加由加热器生成的热量的控制范围但不增加加热器的厚度或者宽度的技术。

[问题的解决方案]

本发明的用于光学波导的加热器的特征在于包括：在光学波导附近形成的加热器；按照电气连接至加热器的方式形成的第一电极，将第一电位施加至第一电极；和按照电气连接至加热器的方式形成的第二电极，将与第一电位不同的第二电位施加至第二电极，其中，将第一电极和第二电极按照将加热器划分成两个或者更多个区域的方式交替设置。

一种用于配置本发明的用于光学波导的加热器的方法的特征在于包括：在光学波导附近形成加热器；按照将第一电极电气连接至加热器的方式来形成第一电极，将第一电位施加至第一电极；和按照将第二电极电气连接至加热器来形成第二电极，将与第一电位不同的第二电位施加至第二电极，其中，将第一电极和第二电极按照将加热器划分成两个或者更多个区域的方式交替设置。

[发明的有益效果]

本发明具有可以减小加热器电阻但不增加加热器的大小的效果。

附图说明

[图1]图1是示出了根据第一示例实施例的光学移相器的配置的示例的示意图。

[图2]图2是示出了根据第二示例实施例的光学移相器的配置的示例的示意图。

[图3]图3是示出了根据第三示例实施例的光学移相器的配置的示例的示意图。

[图4]图4是示出了根据第四示例实施例的光学移相器的配置的示例的示意图。

[图5]图5是示出了与本发明有关的光学移相器的配置的示意图。

[图6]图6是示出了与本发明有关的另一光学移相器的配置的示意图。

具体实施方式

在以下示例实施例中，将应用了本发明的用于光学波导的加热器的光学移相器描述为功能性光学设备的示例。进一步地，在示出了示例实施例的图1至图4中，未示出不旨在由加热器进行加热的其它光学波导、和在该其它光学波导和光学移相器之间的连接。换言之，图1至图4示出了光学移相器的基本配置的示例。不同于光学移相器的光学波导可以在光学波导基板上形成。例如，使用石英材料作为光学波导基板的材料。然而，光学波导基板的材料不限于这种材料。

(第一示例实施例)

图1是示出了根据本发明的第一示例实施例的光学移相器100的配置的示例的示意图。图1是光学移相器100的俯视图。线性光学波导102在光学波导基板101上形成，并且进一步地，线性加热器103在光学波导102正上方形成。将加热器103指示为图1中的阴影部分。假设加热器103的每单位长度的电阻是恒定的。因为光学波导102在位于加热器103下方的层中形成，所以用虚线表示光学波导。

加热器103可以包含电阻率相对较高的材料，诸如，pt(铂)、tin(氮化钛)等。电极111、112、和113分别设置在加热器103的两端和中心处。通过三个电极111至113将加热器103划分成两个区域121和122。然而，加热器103的区域121和区域122彼此不电气分离。电极111至113是用于将电压施加至由普通导体组成的加热器103的引出电极。电极114与电极111和112连接。设置在加热器的中心处的电极113是引出电极111和112二者共用的处于gnd(接地)电位的电极。

电源150是用于对加热器103进行加热的直流电源设备。电源150经由电极114将相同电压(+v)施加至位于加热器103的两端处的两个电极111和112。通过施加电压，电流从电极111和112流动至电极113。当电流在加热器103中流动时，加热器103生成热。当加热器103生成热时，对位于加热器103正下方的光学波导102进行加热，并且光学波导102的光传播特性发生变化。按照这种方式，光学波导102作为光学移相器操作。

可以将电极113设置在电极111和112之间的中间点处。在这种情况下，区域121中的加热器电阻等于区域122中的加热器电阻。即，假设在电极111与电极112之间的加热器电阻为2r，在区域121和122中的每一个中的加热器电阻为r。此处，如上文解释的，如图5所示，在不使用电极113和114的情况下，当将电压+v施加至电极111并且电极112接地时，在电极111和电极112之间的电阻为2r。因此，用公式v²/(2r)来表示由加热器103生成的热量。另一方面，通过使用该示例实施例，在施加有电压+v的电极与接地的gnd电极之间的加热器电阻可以减半(r)。因为存在分别具有电阻r的两个加热器(分别在区域121和122中)，所以当将相同电压+v施加至两个加热器时，用公式2×(v²/r)来表示由加热器103生成的热量。因此，通过设置电极113，可以减小在施加有电压+v的区域中的加热器电阻。进一步地，因此，由加热器103生成的热量可以增大4倍。与未设置电极113的情况相比，当电源150的电压在0与+v之间变化时，由加热器生成的热量的控制范围可以扩大4倍。进一步地，可以不必将电极113设置在电极111和112之间的中间点处。在这种情况下，区域121中的加热器电阻不必等于区域122中的加热器电阻。然而，区域121中的加热器和区域122中的加热器并联连接。因此，当从电源150的角度看时，加热器的电阻降低。即，即使在所有区域中的每一个中的加热器电阻彼此不等时，也可以扩大由加热器生成的热量的控制范围。

如上所述，根据第一示例实施例的光学移相器100可以减小加热器电阻但不增加加热器的大小，并且可以扩大由加热器103生成的热量的控制范围。

(第二示例实施例)

在第一示例实施例中，将加热器103划分成两个区域121和122。当将加热器103划分成三个或者更多个区域时，可以进一步减小每个划分后的区域的加热器电阻。

图2是示出了根据本发明的第二示例实施例的光学移相器200的配置的示例的示意图。图2是光学移相器200的俯视图。在图2中，线性光学波导202在光学波导基板201上形成，并且进一步地，线性加热器203在光学波导202正上方形成。将加热器203指示为图2中的阴影部分。假设加热器203的每单位长度的电阻是恒定的。因为光学波导202在位于加热器203下方的层中形成，所以用虚线表示光学波导。

加热器203可以包含电阻率相对较高的材料，诸如，pt、tin等。电极211、212、214、和215设置在加热器103的两端和在两端之间的位置处。通过四个电极211、212、214、和215将加热器203划分成三个区域221、222、和223。然而，区域221至223彼此不电气分离。电极213与电极211和212连接，并且电极216与电极214和215连接。电极211至216是用于将电压施加至由普通导体组成的加热器203的引出电极。通过电源250将电压+v施加至电极211和212，并且电极214和215通过电极216接地。

电源250是用于对加热器203进行加热的直流电源设备。电源250经由电极213将相同电压(+v)施加至加热器203的电极211和212。当通过电源250施加电压时，电流从电极211流动至电极214，并且电流从电极212流动至电极214和215。当电流在加热器203中流动时，加热器203生成热。当加热器203生成热时，对位于加热器203正下方的光学波导202进行加热，并且光学波导202的光传播特性发生变化。按照这种方式，光学波导202作为光学移相器操作。

按照在长度上将加热器203等分成三个部分(区域)的方式，在电极211与215之间设置电极212和214。在这种情况下，在三个区域221至223中的加热器电阻彼此相等。即，当假设在电极211与电极215之间的加热器电阻为3r时，在区域221至223中的每一个中的加热器电阻为r。因为在加热器203上的相邻电极之间的电位差为v，所以在加热器203的区域221至223中的每一个中的加热器消耗的电力为v²/r，并且用公式3×v²/r来表示加热器203的整体电耗(由加热器203生成的热量)。另一方面，当将电压+v施加至电极211并且电极215接地但不使用电极212和214时，用公式v²/(3r)来表示由加热器生成的热量。即，如图2所示，当设置电极212和214时，通过电压+v驱动的加热器的电阻可以减小三分之一，并且由加热器203生成的热量可以增加9倍。与未设置电极212和214的情况相比，当电源250的电压在0与+v之间变化时，由加热器生成的热量的控制范围可以扩大9倍。

如上所述，与根据第一示例实施例的光学移相器100一样，根据第二示例实施例的光学移相器200可以减小加热器电阻但不增加加热器的大小，并且可以扩大由加热器203生成的热量的控制范围。进一步地，不必按照在长度上将加热器203等分成三个区域的方式设置电极212和214。在这种情况下，在区域221至223中的每一个中的加热器电阻不必彼此相等。然而，区域221中的加热器和区域222中的加热器并联连接，并且区域222中的加热器和区域223中的加热器并联连接。因此，当从电源250的角度看时，加热器的电阻降低。即，即使在所有区域中的每一个中的加热器电阻彼此不等时，也可以扩大由加热器生成的热量的控制范围。

在第一和第二实例实施例中，加热器具有线性形状，并且按照在加热器的纵向方向上通过电极将加热器划分成两个或者更多个区域的方式来设置电极。通常，当将线性加热器等分成n个区域并且通过相同电压来驱动分别具有相同的加热器电阻的n个划分后的区域时，划分后的区域的加热器电阻等于整个加热器的加热器电阻的n分之一。当通过与在加热器未划分时施加至加热器的电压相等的电压(在该示例实施例中为+v)来驱动n个划分后的加热器中的每一个时，由n个划分后的加热器生成的热量增加了n²倍。因此，当由电源提供的电压在0与+v之间变化时，由加热器生成的热量的控制范围可以增加n²倍。

(第三示例实施例)

图3是示出了根据本发明的第三示例实施例的光学移相器300的配置的示例的示意图。图3是光学移相器300的俯视图。图3示出了沿着如由环形谐振器表示的圆形光学波导形成加热器的光学移相器300的示例。在光学移相器300中，圆形光学波导302在光学波导基板301上形成，并且进一步地，圆形加热器303在光学波导302正上方形成。将加热器303指示成图3中的阴影部分。假设加热器303的每单位长度的电阻是恒定的。因为光学波导302在位于加热器303下方的层中形成，所以用虚线表示光学波导。

加热器303可以包含电阻率相对较高的材料，诸如，pt、tin等。按照电极跨圆形加热器303的中心面朝彼此的方式将电极311和312设置在圆形加热器303上。电极311至312是用于将电压施加至由普通导体组成的加热器303的引出电极。通过两个电极311至312将加热器303划分成两个区域321和322。然而，区域321和区域322彼此不电气分离。

电源350是用于对加热器103进行加热的直流电源设备。电源350经由电极311将电压+v施加至加热器303。电极312接地。当电流通过加热器303的两个区域321和322从电极311流动至电极312时，加热器303生成热。当加热器303生成热时，对位于加热器303正下方的光学波导302进行加热，并且光学波导302的光传播特性发生变化。按照这种方式，光学波导302作为光学移相器操作。

可以按照将圆形加热器303的圆周等分成两个区域的方式设置电极311和312。按照这种方式，区域321中的加热器电阻等于区域322中的加热器电阻。即，当假设加热器303的圆周的整个加热器电阻为2r时，在区域321和322中的每一个中的加热器电阻为r。因此，在该示例实施例中，电极311和312按照电极311和312跨圆形加热器303的中心面朝彼此的方式在圆形加热器303上形成。因此，如通过使用图6解释的，与使用长度大约等于圆形加热器的圆周的长度的加热器的情况相比，加热器的电阻可以减半。

此处，在如图6所示的情况下，将圆形加热器603用作一个加热器，而不将其划分成两个或者更多个区域，并且将电压+v施加至该圆形加热器603，当假设图6中示出的圆形加热器603的加热器电阻为2r时，用公式v²/(2r)来表示由圆形加热器603生成的热量。

另一方面，在该示例实施例中，与在图6中示出的加热器的电极之间的加热器电阻相比，在电位为+v的电极311与电位为0(gnd)的电极312之间的加热器电阻可以减半(r)。即，存在分别具有电阻r的两个加热器(分别在区域321和322中)。因此，当将相同电压+v施加至区域321和322中的这两个加热器时，用公式2×(v²/r)来表示由这两个加热器生成的热量。因此，按照电极311和312跨圆形加热器303的中心面朝彼此的方式将电极311和312设置在加热器303的圆周上，将圆形加热器303划分成两个区域321和322，由此，可以减小在施加有电压+v的每个区域中的加热器电阻。进一步地，因此，由加热器303生成的热量增加了4倍。另外，与不将圆形加热器303划分成两个区域321和322的情况相比，当由电源350提供的电压在0与+v之间变化时，由加热器303生成的热量的控制范围可以增加4倍。进一步地，可以不必按照将圆形加热器303的圆周等分成两个区域的方式设置电极311和312。在这种情况下，区域321中的加热器电阻不必等于区域322中的加热器电阻。然而，因为区域321中的加热器和区域322中的加热器并联连接，所以，当从电源350的角度看时，加热器的电阻降低。即，即使在所有区域中的每一个中的加热器电阻彼此不等时，也可以扩大由加热器生成的热量的控制范围。

如上所述，与根据第一和第二示例实施例的光学移相器100和200一样，根据第三示例实施例的光学移相器200可以减小加热器电阻但不增加加热器的大小，并且可以扩大由加热器生成的热量的控制范围。

(第四示例实施例)

在第三示例实施例中，加热器303具有加热器的形状为圆形并且加热器被划分成两个部分的结构。当将根据第三示例实施例的加热器303划分成三个或者更多个区域时，可以进一步减小每个划分后的区域的加热器电阻。

图4是示出了根据本发明的第四示例实施例的光学移相器400的配置的示意图。在图4中，与图3一样，圆形光学波导402在光学波导基板401上形成，并且进一步地，圆形加热器403在光学波导402正上方形成。加热器403可以包含电阻率相对较高的材料，诸如，pt、tin等。将加热器403指示成图4中的阴影部分。假设加热器403的每单位长度的电阻是恒定的。因为光学波导402在位于加热器403下方的层中形成，所以用图4中的虚线表示光学波导。

另一方面，在第四示例实施例中，与第三示例实施例不同，将电极411至414布置到加热器403上。电极411至414是用于将电压施加至由普通导体组成的加热器403的引出电极。

通过四个电极411至414将加热器403划分成四个区域421至424。然而，区域421至区域424彼此不电气分离。电源450是用于对加热器403进行加热的直流电源设备。通过电源450将电压+v施加至电极411和412。电极413和414是处于gnd(接地)电位的电极。当由电源450施加电压时，电流从电极411和412流动至电极413和414。当电流在加热器403中流动时，加热器403生成热。当加热器403生成热时，对位于加热器403正下方的光学波导402进行加热，并且光学波导402的光传播特性发生变化。按照这种方式，光学波导402作为光学移相器操作。

可以按照将加热器403等分成四个区域的方式将电极411至414设置在加热器403的圆周上。在这种情况下，在区域421至424中的加热器电阻彼此相等。因为在加热器403上的相邻电极之间的电位差为v，所以，当假设在区域421至424中的每一个中的电阻为r时，每个区域消耗的电力为v²/r，并且用公式4×v²/r来表示由整个加热器403生成的热量。

另一方面，如图6中描述的，当将电压+v施加至在一个区域中形成为一个加热器的圆形加热器603时，当假设图6中示出的加热器603的加热器电阻为4r时，用公式v²/(4r)来表示由加热器603生成的热量。

因此，当电极411至414设置在圆形加热器403的圆周上并且将加热器403划分成四个区域421至424时，可以减小在由电压+v驱动的四个区域中的每一个的加热器的电阻。进一步地，与不将圆形加热器403划分成四个区域421至424的情况相比，当按照将圆形加热器403等分成四个区域的方式设置电极411至414并且电源450的电压在0与+v之间变化时，由加热器生成的热量的控制范围可以增加十六(16)倍。进一步地，可以不必按照将加热器403的圆周等分的方式设置电极411至414。在这种情况下，在区域421至424中的每一个中的加热器电阻不必彼此相等。然而，当区域421中的加热器和区域424中的加热器并联连接，并且区域422中的加热器与区域423中的加热器并联连接时，当从电源450的角度看时，加热器的电阻降低。即，即使在所有区域中的每一个中的加热器电阻彼此不等时，也可以扩大由加热器生成的热量的控制范围。

如上所述，与根据第一至第三示例实施例的光学移相器100、200、和300一样，根据第四示例实施例的光学移相器400可以减小加热器电阻但不增加加热器的大小，并且可以扩大由加热器403生成的热量的控制范围。

如第三和第四示例实施例所述，当使用圆形加热器时，如果将圆形加热器划分成2n个区域(n是自然数)，每个区域具有相同的加热器电阻，则在每个区域中的加热器电阻可以减小1/(2n)倍。在第三示例实施例中，n＝1，并且在第四示例实施例中，n＝2。当通过电压+v来驱动每个区域中的加热器时，由所有加热器生成的热量可以增加(2n)²倍。即，由加热器生成的热量的控制范围可以增加(2n)²倍。因此，可以按照将圆形加热器的圆周划分成两个或者更多个区域的方式设置电极。

(第五示例实施例)

还通过根据第五示例实施例的用于光学波导的加热器带来在第一至第四示例实施例中描述的效果。在以下解释中，将在括号中注明图1中示出的参考标记和电压(+v和gnd)。根据第五示例实施例的用于光学波导的加热器包括：加热器(103)、第一电极(111和112)、和第二电极(113)。加热器(103)在光学波导(102)附近形成。按照电气连接至加热器(103)的方式形成第一电极(111和112)，并且将第一电位(+v)施加至第一电极(111和112)。按照电气连接至加热器(103)的方式形成第二电极(113)，并且将与第一电位(+v)不同的第二电位(gnd)施加至第二电极(113)。第一电极(111和112)和第二电极(113)按照将加热器(103)划分成两个或者更多个区域(121和122)的方式交替设置。

进一步地，通过使用图3中示出的参考标记和电压(+v和gnd)，根据第五示例实施例的用于光学波导的加热器可以如下描述：根据第五示例实施例的用于光学波导的加热器包括：加热器(303)、第一电极(311)、和第二电极(312)。加热器(303)在光学波导(302)附近形成。按照电气连接至加热器(303)的方式形成第一电极(311)，并且将第一电位(+v)施加至第一电极(311)。按照电气连接至加热器(303)的方式形成第二电极(312)，并且将与第一电位(+v)不同的第二电位(gnd)施加至第二电极(312)。第一电极(311)和第二电极(312)按照将加热器(303)划分成两个或者更多个区域(321和322)的方式交替设置。

在具有这种结构的根据第五示例实施例的用于光学波导的加热器中，将加热器划分成多个区域，并且每个区域存在于第一电极与第二电极之间。因此，加热器电阻减小。因此，根据第五示例实施例的用于光学波导的加热器可以减小加热器电阻但不增加加热器的大小，并且可以扩大由加热器生成的热量的控制范围。

上文已经参考示例实施例描述了本申请的发明。然而，本申请的发明不局限于上述示例实施例。在不脱离本申请的发明范围的情况下，可以进行可以被本领域的技术人员理解的在本申请的发明的配置或者细节内的各种变化。

例如，在图1至图4中，加热器存在于光学波导正上方。然而，当光学波导的特性可以更改为期望特征时，可以任意确定在加热器与光学波导之间的位置关系。即，在加热器与光学波导之间的位置关系不局限于每个示例实施例的描述。进一步地，在图1至图4中，位于加热器的正下方的光学波导的宽度略微大于加热器的宽度。然而，光学波导的宽度可以等于或者小于加热器的宽度。

在图1和图2中，光学波导102和202具有线性形状。然而，光学波导102和202可以具有曲线形状。在图3和图4中，光学波导302和402具有圆形形状。然而，光学波导302和402可以具有正圆形、椭圆形、不同于这些形状的另一圆形形状、或者矩形。

进一步地，在第一至第四示例实施例中，对将用于光学波导的加热器应用于光学移相器的情况进行了解释。然而，如果是利用加热器生成的温度变化的光学波导设备，则可以将本发明的用于光学波导的加热器应用于不同于光学移相器的另一设备。

本申请要求2014年11月18日提交的日本专利申请第2014-233539号的优先权，其公开的全部内容通过引用合并于此。

[参考标记列表]

100、200、300、400、500、和600：光学移相器

101、201、301、401、501、和601：光学波导基板

102、202、302、402、502、和602：光学波导

103、203、303、403、503、和603：加热器

111至114、211至216、311、312、以及411至414：电极

511、512、611、和612：电极

121、122、221至223、321、322、以及421至424：区域

150、250、350、和450：电源