(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光導波路を有する第１のアーム及び第２の光導波路を有する第２のアームを備えたマッハツェンダ干渉計型の光デバイスであって、
前記第１のアームは、ダイオード特性を有し、前記第１の光導波路の長手方向に直交する第１の方向に電流を流すことにより位相シフトを生ぜしめる第１の位相調整器を備えており、
前記第２のアームは、ダイオード特性を有し、前記第２の光導波路の長手方向に直交する第２の方向に電流を流すことにより位相シフトを生ぜしめる第２の位相調整器を備えており、
前記第１の位相調整器及び前記第２の位相調整器のいずれか一方に接続された、ダイオードの立ち上がり電圧となる一定の正電圧を印加するオフセット端子と、
前記第１の方向と、前記第２の方向とが互いに逆向きとなるように、前記第１の位相調整器に接続された第１の端子及び前記第２の位相調整器に接続された第２の端子と、
を備えることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記第１の位相調整器は、前記第１の光導波路を加熱する第１のヒータと、前記第１のヒータと直列に接続される第１のダイオードとを有し、
前記第２の位相調整器は、前記第２の光導波路を加熱する第２のヒータと、前記第２のヒータと直列に接続される第２のダイオードとを有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記第１の位相調整器及び前記第２の位相調整器は、その光導波路コアをジャンクションとする半導体ｐｎ接合又は半導体ｐｉｎ接合を持つダイオード機能を有していることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記第１のアームは、高速電圧信号を印加することにより光強度変調を行う第１の位相変調器を有し、
前記第２のアームは、高速電圧信号を印加することにより光強度変調を行う第２の位相変調器を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記第１の端子及び前記第２の端子とそれぞれ接続されており、正から負に跨る電圧を印加し、前記第１の光導波路及び前記第１の光導波路の位相制御を行う制御回路を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項６】
複数の請求項１〜５のいずれか１項に記載の光デバイスが同一の半導体基板上に配置されてなることを特徴とする集積光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイス及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光変調器或いは光スイッチとして用いられる、マッハツェンダ（Mach-Zehnder）干渉計型の光デバイス（光素子）は、光によるデータ伝送を行うための主要なデバイスとして広く利用されている。近年、光素子を小型化するため、マッハツェンダ型光素子をＩｎＰ又はＳｉ等の半導体により構成した光変調器(図１３)及び光スイッチ(図１４)が開発されている。
【０００３】
図１３のマッハツェンダ干渉計型の光変調器は、光導波路を有するアーム１０１，１０２を備えている。アーム１０１は、端子１１１ａ，１１１ｂ間に高速電圧信号を印加することにより光の強度変調を行う第１の位相変調器１１１と、端子１１２ａ，１１２ｂ間に電流を流すことにより位相シフトを生ぜしめる第１の位相調整器１１２とを有している。同様に、アーム１０２は、端子１１３ａ，１１３ｂ間に高速電圧信号を印加することにより光の強度変調を行う第２の位相変調器１１３と、端子１１４ａ，１１４ｂ間に電流を流すことにより位相シフトを生ぜしめる第２の位相調整器１１４とを有している。
【０００４】
図１４のマッハツェンダ干渉計型の光スイッチは、光導波路を有するアーム２０１，２０２を備えている。アーム２０１は、端子２１１ａ，２１１ｂ間に電流を流すことで位相を制御し、光の経路をスイッチングする第１の位相調整器２１１を有している。同様に、アーム２０２は、端子２１２ａ，２１２ｂ間に電流を流すことで位相を制御し、光の経路をスイッチングする第２の位相調整器２１２を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２７１９９号公報
【特許文献２】特開２００４−３１８０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来の光変調器及び光スイッチ等の光素子では、位相調整器の各端子は、実装を行う際にワイヤボンディング等の手段により、外部回路に接続される。このとき、実装を行う各端子は、実装精度によりある程度のサイズが必要となる（典型的には０．１ｍｍ角以上）。そのため、上記の光素子は、素子自体が小型化されても、これらの端子の大きさにより光素子の大きさが制限される。また、制御に対して２種の電気信号が必要となることから、制御回路が複雑で大きくなることになる。位相調整器を一方のアームにのみ備設けることによる端子を省略することは可能である。しかしながらこの場合、１本のアームで最大２πの位相シフトを制御することが必要となり、位相制御のための電力が大きくなる。このように、従来のマッハツェンダ型の光素子では、小型且つ省電力のものを実現することができなかった。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、位相調整器の端子数を減じて光デバイスの小型化を図ると共に、省電力を実現することができる光デバイス及びその制御方法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】
【０００８】
光デバイスの一態様は、第１の光導波路を有する第１のアーム及び第２の光導波路を有する第２のアームを備えたマッハツェンダ干渉計型の光デバイスであって、前記第１のアームは、ダイオード特性を有し、前記第１の光導波路の長手方向に直交する第１の方向に電流を流すことにより位相シフトを生ぜしめる第１の位相調整器を備えており、前記第２のアームは、ダイオード特性を有し、前記第２の光導波路の長手方向に直交する第２の方向に電流を流すことにより位相シフトを生ぜしめる第２の位相調整器を備えており、前記第１の位相調整器及び前記第２の位相調整器のいずれか一方に接続された、ダイオードの立ち上がり電圧となる一定の正電圧を印加するオフセット端子と、前記第１の方向と、前記第２の方向とが互いに逆向きとなるように、前記第１の位相調整器に接続された第１の端子及び前記第２の位相調整器に接続された第２の端子とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
上記の諸態様によれば、位相調整器の端子数を減じて素子の小型化を図ると共に、省電力を実現することができる。具体的には、位相制御を、１種の電気信号、即ち２端子で行うことができる。そのため、従来の光デバイスと比較して、制御信号数及び端子数とも半分ことが可能となり、素子構成の小型化が可能となる。また、各アームに備えられた２つの位相調整器のうちのいずれかを駆動することになるため、位相シフト量が最大でπとなり、従来の光デバイスと比較して半分の電力で所望の位相状態に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態によるマッハツェンダ型の光変調器の概略構成を示す模式図である。
【図２】位相調整器の近傍の様子を示す模式図である。
【図３】位相調整器の概略構造を示す断面図である。
【図４】位相調整器にオフセット端子を設けた場合を説明する図である。
【図５】第１の位相制御端子１と第２の位相制御端子２との間の電流・電圧と光出力との関係を示す特性図である。
【図６】第１の実施形態による光変調器を用いた光信号発生装置の概略構成を示す模式図である。
【図７】変調器を１つの半導体チップ上に複数配置して構成した光変調器集積デバイスを示す概略平面図である。
【図８】位相調整器のグランド端子を１つまとめた状態を示す回路図である。
【図９】位相調整器のグランド端子を１つまとめた状態を説明するための図である。
【図１０】第２の実施形態によるマッハツェンダ型の光スイッチの概略構成を示す模式図である。
【図１１】第２の実施形態による光スイッチを用いた光スイッチ装置の概略構成を示す模式図である。
【図１２】光スイッチを１つの半導体チップ上に複数配置して構成した光スイッチ集積デバイスを示す概略平面図である。
【図１３】従来の光デバイスとして、光変調器を例示する模式図である。
【図１４】従来の光デバイスとして、光スイッチを例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、マッハツェンダ型の光デバイスの具体的な諸実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
本実施形態では、マッハツェンダ型の光変調器を例示する。図１は、第１の実施形態によるマッハツェンダ型の光変調器の概略構成を示す模式図である。
【００１４】
［光変調器の構成］
この光変調器は、シリコン基板上に設けられた絶縁層クラッド上に、マッハツェンダ干渉計の一対のアームとして、第１のアーム１１及び第２のアーム２１を備えている。第１のアーム１１は、シリコンの第１の光導波路１１ａを有している。第１のアーム１１は、高速電圧信号を印加することにより光強度変調を行う第１の位相変調器１２と、第１の光導波路１１ａに電流を流すことにより位相シフトを生ぜしめる（位相状態を変調器の動作点に調整する）第１の位相調整器１３とを備えている。第２のアーム２１は、光導波路２１ａを有している。第２のアーム２１は、高速電圧信号を印加することにより光強度変調を行う第２の位相変調器２２と、第２の光導波路２１ａに電流を流すことにより位相シフトを生ぜしめる（位相状態を変調器の動作点に調整する）第２の位相調整器２３とを備えている。
【００１５】
第１の位相変調器１２は、正極端子１２ａと、負極端子１２ｂとを有している。第２の位相変調器２２は、正極端子２２ａと、負極端子２２ｂとを有しており、各々が外部端子として設けられている。第１及び第２の位相変調器１２，２２では、ｐ型不純物領域が正極電極と接続され、ｎ型不純物領域が負極と接続されている。第１及び第２の位相変調器１２，２２は、光導波路コア内にｐｎ接合が形成されたｐｎダイオード型の位相変調器である。
【００１６】
第１の位相調整器１３及び第２の位相変調器２３は、それぞれダイオード特性を有している。第１の位相調整器１３及び第２の位相変調器２３の近傍の様子を図２に示す。図２（ａ）の例では、第１の位相調整器１３は、位相調整部１３ａと、位相調整部１３ａとは体として当該１３ａに直列接続されたダイオード１３ｂと有している。第２の位相変調器２３は、位相調整部２３ａと、位相調整部２３ａとは体として当該位相調整部２３ａに直列接続されたダイオード２３ｂと有している。図２（ｂ）の例では、第１の位相調整器１３及び第２の位相変調器２３は、それぞれ位相調整部がダイオード機能を有している。本実施形態では、第１の位相調整器１３に流れる電流の方向と、第２の位相調整器２３に流れる電流の方向とが互いに逆向きとなるようにダイオード１３ｂ，２３ｂが接続又は作り込まれている。第１の位相調整器１３の正極と第２の位相調整器２３の負極とが接続されて第１の位相制御端子１とされている。第１の位相調整器１３の負極と第２の位相調整器２３の正極とが接続されて第２の位相制御端子２とされている。第１及び第２の位相制御端子１，２は、それぞれを外部端子として設けられている。
【００１７】
図２（ａ）の例に対応する第１の位相調整器１３の位相調整部１３ａの断面構造を図３（ａ）に示す。第２の位相調整器２３の位相調整部２３ａも同様である。位相調整部１３ａでは、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ基板の埋め込み酸化膜３１上に、Ｓｉ等からなるｉ型の光導波路コア３２が形成され、その上を覆うようにＳｉＯ2等の絶縁層クラッド３３が形成されている。絶縁層クラッド３３上に光導波路コア３２を加熱するヒータ３４が設けられている。
【００１８】
図２（ｂ）の例に対応する第１の位相調整器１３の断面構造を図３（ｂ）に示す。第２の位相調整器２３も同様である。第１の位相調整器１３では、図３（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板の埋め込み酸化膜４１上に、Ｓｉ等からなるｉ型の光導波路コア４２が形成されている。光導波路コア４２をジャンクションとして、その両側にｐ型不純物領域４３及びｎ型不純物領域４４が形成された半導体ｐｉｎ接合を持つリブ型導波路構造とされている。ｐ型不純物領域４３、光導波路コア４２、及びｎ型不純物領域４４によりｐｉｎダイオード構造が構成される。光導波路コア４１上を覆うようにＳｉＯ2等の絶縁層クラッド４５が形成され、絶縁層クラッド４５の両側にＡｌ４６が配されている。第１及び第２の位相調整器１３，２３では、ｐ型不純物領域４３が正極に、ｎ型不純物領域４４が負極に接続されている。この構成では、ｐ型不純物領域４３及びｎ型不純物領域４４を光導波路コア４２と一体形成することができるため、工程増を招くことがない。
【００１９】
第１及び第２の位相調整器１３，２３の出力導波路は、方向性結合器である光カプラで結合され、分波される。その出力光の一部の強度を計測する第１の光検出器１４及び第２の光検出器２４が設けられている。第１及び第２の光検出器１４，２４は、それぞれ正極及び負極の２端子を有する。第１の光検出器１４の正極と第２の光検出器２４の負極が接続された第１のモニタ端子３と、第１の光検出器１４の負極が接続された第２のモニタ端子４と、第２の光検出器２４の正極が接続された第３のモニタ端子５とが、それぞれ外部端子として設けられている。
第１及び第２の光検出器１４，２４は、光導波路コアにゲルマニウムを用いたｐｉｎ型の光検出器であり、ｐ型不純物領域が正極に、ｎ型不純物領域が負極に接続されている。
【００２０】
本実施形態では、図４（ａ）に示すように、第１及び第２の位相調整器１３，２３のいずれか一方（ここでは第２の位相調整器２３）に、一定の電圧、ここでは正電圧Ｖ0＝Ｖd＋Ｖαを印加するオフセット端子６を設けても良い。ここで、このオフセット端子６を設けることにより、図４（ｂ）に示すように、第１、第２の位相制御端子１，２に負電圧（電流）を用いることなく第１、第２の位相調整器１３，２３を制御することができる。
【００２１】
［光変調器の駆動制御方法］
続いて、本実施形態による光変調器の駆動制御方法について説明する。
先ず、光変調器の入力導波路の一方から連続光を入力する。また、出力導波路のいずれかまたは双方を、光出力として、外部にとり出す。その際、第１及び第２の位相変調器１２，２２、第１及び第２の位相調整器１３，２３はいずれも駆動しない状態であり、光検出器１４の第２のモニタ端子４には第１の一定電圧、第３のモニタ端子５には第１の一定電圧よりも小さい第２の一定電圧が印加され、第１のモニタ端子３には電流検出回路が接続されている。入力された連続光は、干渉計の初期位相状態に応じて、２つの出力導波路のいずれかに出力される。出力導波路に出力された光は、対応する第１の光検出器１４又は第２の光検出器２４で検出される。このとき、第１のモニタ端子３には、第１及び第２の光検出器１４，２４で検出された光の差に比例する電流が流れ、電流検出回路で検出される。
【００２２】
次に、干渉計の状態を光変調器の動作条件に合わせるために、第１の位相調整器１３，２３を用いて調整を行う。具体的には、アーム１１，１２の各出力導波路に出力される光出力は、第１の位相制御端子１と第２の位相制御端子２との間の電流・電圧に従って変化する。当該電流と光出力との関係を図５（ａ）に、当該電圧と光出力との関係を図５（ｂ）にそれぞれ示す。当該変化により、２つの出力導波路に同量の光が出力され、且つアーム１１の出力導波路の下り側のスロープになるように、第１の位相調整器１３，２３間に電圧(電流)を加える。調整完了後、第１の位相調整器１３，２３に信号を印加することにより光変調器として動作させ、光出力からの光を信号として用いる。光変調動作中も、光検出器１４，２４で検出される位相状態を第１の位相調整器１３，２３で一定に保つように調整する。
【００２３】
［光信号発生装置の構成］
図６は、第１の実施形態による光変調器を用いた光信号発生装置の概略構成を示す模式図である。
この光信号発生装置は、本実施形態による光変調器に加えて、一方の入力導波路に結合するように光学的に接続されたレーザ７を有し、駆動回路８，９を備えている。
【００２４】
駆動回路８は、第１及び第２の位相変調器１２，２２に所期の高速駆動信号を印加する制御部である。駆動回路８は、第１の位相変調器１２の正極端子１２ａ及び負極端子１２ｂ、並びに第２の位相変調器２２の正極端子２２ａ及び負極端子２２ｂと、配線８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄで接続されており、上記の高速駆動信号を印加する。
【００２５】
駆動回路９は、光検出器１４，２４からの出力に応じて、第１及び第２の位相調整器１３，２３に調整電圧(電流)を印加する制御部である。駆動回路９は、レーザ７、駆動回路８、第１〜第３のモニタ端子４〜６、並びに第１及び第２の位相制御端子１，２と、配線９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇで接続されている。駆動回路９は、配線９ｃ〜９ｅを通じて第１〜第３のモニタ端子４〜６に第１〜第３の一定電圧を供給し、配線９ｆ，９ｇを通じて第１及び第２の位相調整器１３，２３に調整電圧(電流)を印加する。
【００２６】
更に、２つの出力導波路のいずれか一方又は両方は光出力用光ファイバに接続され、光信号発生装置から出力される。制御回路８，９は、上記の駆動・制御方法に従って、レーザ７を制御する。制御回路８，９には、第１及び第２の光検出器１４，２４の出力から第１及び第２の位相調整器１３，２３に加える電圧(電流)をフィードバックし、調整完了後に第１及び第２の位相変調器１２，２２の駆動回路に信号を出力して光変調器を動作させるシーケンスが組み込まれている。
【００２７】
本実施形態では、第１及び第２の位相調整器１３，２３における位相制御端子の数が２つと従来の半分であるため、端子数が減り、デバイス面積及び装置サイズが縮小できるだけでなく、干渉計を任意の位相状態にするために最小の電力で済む。そのため、デバイス面積及び装置サイズの縮小と省電力化の双方が両立可能である。
また、本実施形態では、第１及び第２の光検出器１４，２４の端子の数が３つと従来よりも１つ少なく、また、１種の電気信号で２つの出力導波路の光パワーの相対関係を検出することができるため、素子サイズを縮小し、さらに制御回路の構成を簡易化することが可能となる。
【００２８】
本実施形態では、図７に示すように、上記した光変調器１０を１つの半導体チップ１００上に複数配置して光変調器集積デバイスを構成するようにしても良い。この場合、端子のデバイス面積に占める割合が相対的に高くなり、よりデバイス面積の縮減効果が大きい。また、図８に示すように、第１及び第２の位相調整器１３，２３のグランド端子を１つまとめる（グランド端子７２）ようにしても良い。この場合、更にデバイス面積の縮減が可能となる。また、図９（ａ）に示すように、第１及び第２の位相調整器１３，２３の端子をまとめ、正極をまとめた端子に正の一定電圧（＜１．６Ｖ)を印加し、負極をまとめた端子をグランドとすることが好適である。この場合、図９（ｂ）に示すように、第１及び第２の位相制御端子１，２に負電圧（電流）を加えることなく制御可能となり、装置構成を簡略化することができる。また、第１及び第２の光検出器１４，２４の端子も、図８（ａ）と同様にまとめることが可能である。これにより、更にデバイス面積を縮減することが可能となる。
【００２９】
また、本実施形態では、第１及び第２の位相調整器１３，２３として、ｐｉｎ型のダイオード構造を用いたが、ｐｎ型のダイオード構造としても良い。更に、第１及び第２の位相変調器１２，２２として、ｐｎ型のダイオード構造を用いたが、ｐｉｎ型のダイオード構造としても良い。この場合、光変調器の動作帯域が低いため、変調信号として高周波側を増強するプリエンファシス波形で駆動する必要がある。
【００３０】
また、本実施形態では、２つの光検出器（第１及び第２の光検出器１４，２４）を２つの出力導波路に設け、端子を共通としたが、２つの光検出器の信号端子をまとめなくても良い。この場合、１つの光変調器に光検出信号が２つ必要になるため、デバイス面積の縮減効果が小さくなる。また、２つの光検出器を用いず、出力導波路の一方にのみ光検出器を設けて、位相制御を行っても良い。しかしながらこの場合、位相状態を検出するために、一度広い範囲で制御電圧(電流)をスキャンすることが必要になるため、制御が複雑化する。また、出力導波路の一方に光検出器を設け、入力導波路に光検出器を設けて位相制御を行っても良い。しかしながらこの場合、端子を共有しても位相状態を検出する信号を得ることができなくなるため、端子が共有化できず、デバイス面積の縮減効果が小さくなる。
【００３１】
（第２の実施形態）
本実施形態では、マッハツェンダ型の光スイッチを例示する。図１０は、第２の実施形態によるマッハツェンダ型の光スイッチの概略構成を示す模式図である。
【００３２】
［光スイッチの構成］
この光スイッチは、シリコン基板上に設けられた絶縁層クラッド上に、マッハツェンダ干渉計の一対のアームとして、第１のアーム５１及び第２のアーム５１を備えている。第１のアーム５１は、シリコンの第１の光導波路５１ａを有している。第１のアーム５１は、第１の光導波路５１ａに電流を流すことにより位相シフトを生ぜしめる（位相状態を変調器の動作点に調整する）第５の位相調整器５２を備えている。第２のアーム６１は、光導波路２１ａを有している。第２のアーム６１は、第２の光導波路６１ａに電流を流すことにより位相シフトを生ぜしめる（位相状態を変調器の動作点に調整する）第２の位相調整器６２を備えている。
【００３３】
第１の位相調整器５２及び第２の位相変調器６２は、それぞれダイオード特性を有している。第１及び第２の位相調整器５２，６２は、第１の実施形態で図２（ａ）又は（ｂ）を用いて説明した第１及び第２の位相調整器１３，２３と同様に、位相調整部及びこれに直列接続されたダイオードを有するか、或いは位相調整部がダイオード機能を有している。第１の位相調整器５２に流れる電流の方向と、第２の位相調整器５２に流れる電流の方向とが互いに逆向きとなるように各ダイオードが接続又は作り込まれている。第１の位相調整器５２の正極と第２の位相調整器６２の負極とが接続されて第１の位相制御端子１とされている。第１の位相調整器５２の負極と第２の位相調整器５２の正極とが接続されて第２の位相制御端子２とされている。第１及び第２の位相制御端子１，２は、それぞれを外部端子として設けられている。
第１及び第２の位相調整器５２，６２の位相調整部の断面構造は、第１の実施形態の図３（ａ）又は（ｂ）における位相調整部１３ａの断面構造と同様である。
【００３４】
第１及び第２の位相調整器５２，６２の出力導波路は、方向性結合器である光カプラで結合され、分波される。その出力光の一部の強度を計測する第１の光検出器５３及び第２の光検出器６３が設けられている。第１及び第２の光検出器５３，６３は、それぞれ正極及び負極の２端子を有する。第１の光検出器５３の正極と第２の光検出器６３の負極が接続された第１のモニタ端子３と、第１の光検出器５３の負極が接続された第２のモニタ端子４と、第２の光検出器６３の正極が接続された第３のモニタ端子５とが、それぞれ外部端子として設けられている。
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、第１及び第２の位相調整器５２，６２のいずれか一方に、一定の電圧、ここでは正電圧Ｖ0＝Ｖd＋Ｖαを印加するオフセット端子６を設けても良い。
【００３５】
［光スイッチの駆動制御方法］
続いて、本実施形態による光スイッチの駆動制御方法について説明する。
先ず、光スイッチの入力導波路の一方から連続光を入力する。また、出力導波路のいずれかまたは双方を、光出力として、外部にとり出す。その際、第１及び第２の位相調整器５２，６２は駆動しない状態であり、光検出器５３の第２のモニタ端子４には第１の一定電圧、第３のモニタ端子５には第１の一定電圧よりも小さい第２の一定電圧が印加され、第１のモニタ端子３には電流検出回路が接続されている。入力された連続光は、干渉計の初期位相状態に応じて、２つの出力導波路のいずれかに出力される。出力導波路に出力された光は、対応する第１の光検出器５３又は第２の光検出器６３で検出される。このとき、第１のモニタ端子３には、第１及び第２の光検出器５３，６３で検出された光の差に比例する電流が流れ、電流検出回路で検出される。
【００３６】
次に、干渉計の状態を光変調器の動作条件に合わせるために、第１の位相調整器１３，２３を用いて調整を行う。具体的には、アーム１１，１２の各出力導波路に出力される光出力は、第１の位相制御端子１と第２の位相制御端子２との間の電圧(電流)に従って、第１の実施形態における５（ａ），（ｂ）と同様に変化する。そのため、２つの出力導波路の出力差が最大になるように(いずれか一方の出力導波路にのみ光が出力されるように)、第１及び第２の位相制御端子１，２間に電圧(電流)を加える。調整完了後、光スイッチとしての光路が設定される。調整完了後、もう一方の入力導波路にも光を入力する。
【００３７】
［光スイッチ装置の構成］
図１１は、第２の実施形態による光スイッチを用いた光スイッチ装置の概略構成を示す模式図である。
この光スイッチ装置は、本実施形態による光スイッチに加えて、各入力導波路に結合するように入力用光ファイバが光学的に接続されている。各入力導波路には、入力用光ファイバに入力された光が光スイッチに入力されることを阻止する第１のシャッタ５４と第２のシャッタ６４が設けられている。光スイッチ装置は更に、第１及び第２の光検出器５３，６３からの出力に応じて、第１及び第２の位相調整器５２，５３に調整電圧(電流)を加える駆動回路７１を備えている。
【００３８】
駆動回路７１は、第１及び第２のシャッタ５４，６４、第１〜第３のモニタ端子４〜６、並びに第１及び第２の位相制御端子１，２と、配線７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆ，７１ｇで接続されている。駆動回路７１は、配線７１ｃ〜７１ｅを通じて第１〜第３のモニタ端子４〜６に第１〜第３の一定電圧を供給し、配線７１ｆ，７１ｇを通じて第１及び第２の位相調整器５２，６２に調整電圧(電流)を印加する。
【００３９】
更に、２つの出力導波路のいずれか一方又は双方は光出力用ファイバに接続され、光スイッチ装置から出力される。駆動回路７１は、上記の駆動・制御方法に従って、第１及び第２のシャッタ５４，６４を制御する。駆動回路７１には、光検出器の出力から位相調整器に加える電圧(電流)をフィードバックし、調整完了後に第１及び第２のシャッタ５４，６４を開放して光信号を出力させて光スイッチを動作させるシーケンスが組み込まれている。
【００４０】
本実施形態では、第１及び第２の位相調整器５２，６２における位相制御端子の数が２つと従来の半分であるため、端子数が減り、デバイス面積及び装置サイズが縮小できるだけでなく、干渉計を任意の位相状態にするために最小の電力で済む。そのため、デバイス面積及び装置サイズの縮小と省電力化の双方が両立可能である。
また、本実施形態では、第１及び第２の光検出器５３，６３の端子の数が３つと従来よりも１つ少なく、また、１種の電気信号で２つの出力導波路の光パワーの相対関係を検出することができるため、素子サイズを縮小し、さらに制御回路の構成を簡易化することが可能となる。
【００４１】
本実施形態では、図１２に示すように、上記した光スイッチ２０を１つの半導体チップ１００上に複数配置して光スイッチ集積デバイスを構成するようにしても良い。この場合、端子のデバイス面積に占める割合が相対的に高くなり、よりデバイス面積の縮減効果が大きい。また、第１の実施形態の図８と同様に、第１及び第２の位相調整器５２，６２のグランド端子を１つまとめるようにしても良い。この場合、更にデバイス面積の縮減が可能となる。また、第１の実施形態の図９（ａ）と同様に、第１及び第２の位相調整器５２，５３の端子をまとめ、正極をまとめた端子に正の一定電圧（＜１．６Ｖ)を印加し、負極をまとめた端子をグランドとすることが好適である。この場合、第１の実施形態の図９（ｂ）と同様に、第１及び第２の位相制御端子１，２に負電圧（電流）を加えることなく制御可能となり、装置構成を簡略化することができる。また、第１及び第２の光検出器５３，６３の端子も、図８（ａ）と同様にまとめることが可能である。これにより、更にデバイス面積を縮減することが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態では、２つの光検出器（第１及び第２の光検出器５３，６３）を２つの出力導波路に設け、端子を共通としたが、２つの光検出器の信号端子をまとめなくても良い。この場合、１つの光変調器に光検出信号が２つ必要になるため、デバイス面積の縮減効果が小さくなる。また、２つの光検出器を用いず、出力導波路の一方にのみ光検出器を設けて、位相制御を行っても良い。しかしながらこの場合、位相状態を検出するために、一度広い範囲で制御電圧(電流)をスキャンすることが必要になるため、制御が複雑化する。また、出力導波路の一方に光検出器を設け、入力導波路に光検出器を設けて位相制御を行っても良い。しかしながらこの場合、端子を共有しても位相状態を検出する信号を得ることができなくなるため、端子が共有化できず、デバイス面積の縮減効果が小さくなる。
【００４３】
以下、光デバイス及びその制御方法の諸態様について、付記としてまとめて記載する。
【００４４】
（付記１）第１の光導波路を有する第１のアーム及び第２の光導波路を有する第２のアームを備えたマッハツェンダ干渉計型の光デバイスであって、
前記第１のアームは、ダイオード特性を有し、前記第１の光導波路に電流を流すことにより位相シフトを生ぜしめる第１の位相調整器を備えており、
前記第２のアームは、ダイオード特性を有し、前記第２の光導波路に電流を流すことにより位相シフトを生ぜしめる第２の位相調整器を備えており、
前記第１の位相調整器に流れる電流の方向と、前記第２の位相調整器に流れる電流の方向とが互いに逆向きとなるように、前記第１の位相調整器及び前記第２の位相調整器に並列に接続された第１の端子及び第２の端子を備えることを特徴とする光デバイス。
【００４５】
（付記２）前記第１の位相調整器は、前記第１の光導波路を加熱する第１のヒータと、前記第１のヒータと直列に接続される第１のダイオードとを有し、
前記第２の位相調整器は、前記第２の光導波路を加熱する第２のヒータと、前記第２のヒータと直列に接続される第２のダイオードとを有することを特徴とする付記１に記載の光デバイス。
【００４６】
（付記３）前記第１の位相調整器及び前記第２の位相調整器は、その光導波路コアをジャンクションとする半導体ｐｎ接合又は半導体ｐｉｎ接合を持つダイオード機能を有していることを特徴とする付記１に記載の光デバイス。
【００４７】
（付記４）前記第１のアームは、高速電圧信号を印加することにより光強度変調を行う第１の位相変調器を有し、
前記第２のアームは、高速電圧信号を印加することにより光強度変調を行う第２の位相変調器を有することを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の光デバイス。
【００４８】
（付記５）前記第１の位相調整器及び前記第２の位相調整器のいずれか一方に、一定の電圧を印加するオフセット端子を備えることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の光デバイス。
【００４９】
（付記６）前記第１の端子及び前記第２の端子とそれぞれ接続されており、正から負に跨る電圧を印加し、前記第１の光導波路及び前記第１の光導波路の位相制御を行う制御回路を備えることを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の光デバイス。
【００５０】
（付記７）複数の付記１〜６のいずれか１項に記載の光デバイスが同一の半導体基板上に配置されてなることを特徴とする集積光デバイス。
【００５１】
（付記８）第１の光導波路を有する第１のアーム及び第２の光導波路を有する第２のアームを備えたマッハツェンダ干渉計型の光デバイスの制御方法であって、
前記第１のアームに、ダイオード特性を有し、前記第１の光導波路に電流を流すことにより位相シフトを生じる第１の位相調整器を配置し、
前記第２のアームに、ダイオード特性を有し、前記第２の光導波路に電流を流すことにより位相シフトを生じる第２の位相調整器を配置し、
前記第１の位相調整器に流れる電流の方向と、前記第２の位相調整器に流れる電流の方向とが互いに逆向きとなるように、前記第１の位相調整器及び前記第２の位相調整器の端子接続を行うことを特徴とする光デバイスの制御方法。
【００５２】
（付記９）前記第１のアームに設けられた第１の位相変調器を用いて、前記第１のアームに高速電圧信号を印加して光強度変調を行い、
前記第２のアームに設けられた第２の位相変調器を用いて、前記第２のアームに高速電圧信号を印加して光強度変調を行うことを特徴とする付記８に記載の光デバイスの制御方法。
【００５３】
（付記１０）オフセット端子を用いて、前記第１の位相調整器及び前記第２の位相調整器のいずれか一方に一定の電圧を印加することを特徴とする付記８又は９に記載の光デバイスの制御方法。
【００５４】
（付記１１）前記第１の端子及び前記第２の端子とそれぞれ接続された制御回路を用いて、前記第１の端子及び前記第２の端子に正から負に跨る電圧を印加し、前記第１の光導波路及び前記第１の光導波路の位相制御を行うことを特徴とする付記８〜１０のいずれか１項に記載の光デバイスの制御方法。
【符号の説明】
【００５５】
１  第１の位相制御端子
２  第２の位相制御端子
３  第１のモニタ端子
４  第２のモニタ端子
５  第２のモニタ端子
６  オフセット端子
７  レーザ
８，９，７１  制御回路
８ａ〜８ｄ，９ａ〜９ｇ，７１ａ〜７１ｇ  配線
１０  光変調器
１１，５１  第１のアーム
１１ａ，５１ａ  第１の光導波路
１２，１１１  第１の位相変調器
１２ａ，２２ａ  正極端子
１２ｂ，２２ｂ  負極端子
１３，５２，１１２，２１１  第１の位相調整器
１３ａ，２３ａ  位相調整部
１３ｂ，２３ｂ  ダイオード
１４，５３  第１の光検出器
２０  光スイッチ
２１，６１  第２のアーム
２１ａ，６１ａ  第１の光導波路
２２，１１３  第２の位相変調器
２３，６２，１１４，２１２  第２の位相調整器
２４，６３  第２の光検出器
３１，４１  埋め込み酸化膜
３２，４２  光導波路コア
３３，４５  絶縁層クラッド
３４  ヒータ
４３  ｐ型不純物領域
４４  ｎ型不純物領域
４４  Ａｌ
５４  第１のシャッタ
６４  第２のシャッタ
７２  グランド端子
１００  半導体チップ
１０１，１０２，２０１，２０２  アーム
１１１  第１の位相変調器
１１１ａ，１１１，１１２ａ，１１２ｂ，１１３ａ，１１３ｂ，１１４ａ，１１４ｂ，２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ  端子
１１２  第１の位相調整器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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