[发明专利]热光移相器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热光移相器及其制造方法；尤其涉及一种能够适合作为光学装置，如利用热光效应产生的相变的开关、可变衰减器或波长滤波器，而使用的热光移相器。

背景技术

在光通信领域中，由于波分多路复用(WDM)通信系统的出现，多信道通信得到了快速的发展。基于此，为了实现对各个信道的功能性控制，需要数量与信道的数量相一致的光学元件。此处的例子是保持各个信道的功率一致并进行切换。

因此，能够应用在光学开关和其他类似光学装置中的小型光学回路元件的需求量增加。目前，许多单器件(single-unit)光学开关已经面世，而具有多个输入/输出端口且采用大量光学开关的矩阵开关也已经投入实际应用中。

为了实现光学开关，可采用多种技术方案。例如，一种方法是，通过机械式移动输入端口和输出端口从而连接两者(例如，参见专利文献1)，另一种方法是，通过转动可移动的反射镜使其以特定的角度倾斜从而连接输入端口和输出端口(例如，参见专利文献2和非专利文献1)，在一种方法中则采用了液晶(例如，参见专利文献3)，又一种方法是，通过在已连接的波导或其他类似装置的交叉点上生成气泡来控制光的反射以改变输入端口和输出端口之间的连接。以上只是多种可行的方法中的一些。

其中，利用热光移相器的平面光波回路(PLC)型装置能够采用半导体电路制造技术进行制造。相应地，这种易于制造的装置也相当容易集成，在改善功能性和增加规模等方面具有优势。

热光移相器通常通过如下方法获得。首先，在衬底上生成具有包覆层和芯的光波导。金属薄膜或其他类似导电薄膜形成在该光波导上并沿着该光波导形成细线形状，以使得能够传导电流。当电能被从外部供给至这薄膜时，因薄膜的电阻作用而产生热量，以使得该膜作为光波导的加热器工作。这个加热器产生的热量通过光波导的包覆层传递到芯。最终，在被该加热器加热的光波导部分中的折射率增加。有效的波导长度也对应于折射率的最终变化以及该波导长度相应地增加，而输出终端处光出现相移。通过调节供给到加热器的电能，相移量能够根据要求进行控制。当光波导由石英玻璃形成时，石英玻璃的折射率温度系数(dn/dT)约为1×10^-5(/℃)。

通过在输入端将单一的光波导分成两股光波导，再将这两股光波导中的至少一股连接至热光移相器上，接着使这两股光波导在输出端重新结合，就能够获得光学开关。例如，如果被这两股光波导引导的光的相位被相互移开二分之一波长，则输出端的输出就能减少至零。同样，如果这两股分开的光波导的相位没有发生移动，输入的光就可以原封不动地被输出。从而实现对输出的开/关控制。

然而，如果为了多路复用，需要在单个光学回路中设置多个热光移相器，则总光学回路的功耗比每个热光移相器消耗的大量功率时还要高很多。迄今为止，热光移相器已经被投入到实际应用中，例如，当引导光具有通常用来光通信的1550nm(纳米)的波长时，进行二分之一波长的相移所需的功率约为每个信道400mW(毫瓦)。因此，比如，如果要控制具有40个信道的光通信回路，且为每个信道都提供采用前述热光移相器的开关，那么，所需的最大功率为40×400mW(即16000mW或16W)。一种有效利用由加热器所产生的热量的方法，作为第一方案，已经被提出(例如，参见专利文献4)。

图6和图7示出有效利用由加热器所产生的热量的第一常规方案。图6是图7中沿着VI-VI截得的横截面图。如图6所示，对于适于第一方案的热光移相器，例如，衬底101具有0.8mm的厚度且由硅组成。牺牲层102设于衬底101之上。牺牲层102由向玻璃里掺加磷形成的掺磷硅玻璃(PSG)制成，例如具有5μm的薄膜厚度。

包覆层103设于牺牲层102之上。包覆层103由设于牺牲层102之上的下包覆层104和设于下包覆层104之上的上包覆层105组成。下包覆层104和上包覆层105都由例如向玻璃里掺加硼和磷获得的硼磷硅玻璃(BPSG)形成，且例如分别具有14μm和15μm的膜厚。衬底101可以由半导体而非由硅形成，或由例如石英玻璃的绝缘体形成。牺牲层102并不限于PSG，也可以由比衬底101和包覆层103蚀刻速度更高且相对于衬底101和包覆层103能够选择性地被蚀刻的任何材料形成，而且，只要符合这些条件，牺牲层102可以由例如半导体或其它不同于PSG的玻璃形成。