(57)【要約】【課題】小型で高集積な可変光減衰器を提供すること。【解決手段】平面型光回路２にコア３を横切る溝５を挿入形成し、溝５の一部分に液体６を満たす。溝５のコア３と接する壁面１０、１１がコア３を伝播する光信号の伝播方向となす角は、伝播方向と直交した角度からずれている。マイクロヒータ１２、１３等の加熱手段により溝５の長手方向に温度勾配を発生させ、熱毛管現象によって溝５内の液体６を、コア３を遮断する位置と遮断しない位置との間で移動させることで、減衰量を変化させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面型光回路において、光信号の伝播するコアを横切る壁面を有する溝が光減衰の目的でコアを遮断して挿入形成されており、該溝の一部分がコアと等しいかもしくは近い屈折率を持つ液体で満たされ、該溝内の液体をコアを遮断する位置と遮断しない位置との間で移動させる液体移動手段を有していることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項２】
請求項１において、前記溝のコアと接する壁面がコアを伝播する光信号の伝播方向となす角が、光信号の伝播方向と直交した角度からずれていることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項３】
請求項２において、前記液体移動手段は熱毛管現象により溝内の液体の移動を実現するために溝の長手方向に温度勾配を発生させる手段であることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項４】
請求項３において、前記液体移動手段は溝近傍に１つ以上設けた加熱手段であることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項５】
請求項１から４いずれか１つにおいて、前記溝のコアに接する壁面がコアを伝播する光信号の伝播方向となす角が、該溝内の液体がコアを遮断しない位置に存在するとき、その壁面を反射面としてコア側から溝へ入射する光信号が全反射する条件を満足する角度であることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項６】
請求項１から５いずれか１つにおいて、前記溝は、溝幅が溝の長手方向に連続的に変化していることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項７】
請求項１から６いずれか１つにおいて、前記溝は、溝内の液体の位置を表面張力で固定するために一箇所あるいは複数箇所に溝幅の狭い部位を有することを特徴とする可変光減衰器。
【請求項８】
請求項１から７いずれか１つにおいて、溝内の液体が個別に移動する複数の溝が１つのコアを遮断して挿入形成されていることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項９】
請求項８において、前記複数の溝として、溝幅あるいは溝のコアとなす角度が互いに異なる複数の溝を有することを特徴とする可変光減衰器。
【請求項１０】
請求項１から９いずれか１つにおいて、前記平面型光回路がシリコン基板上に堆積したシリカで構成されており、コアに沿ってコアの両側のシリカ層が除去されていることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項１１】
請求項１から９いずれか１つにおいて、前記平面型光回路がシリコン基板上に堆積したシリカで構成されており、前記溝の前後の位置にコアを遮断して１／４波長板が平面型光回路の基板平面に対して高速軸を４５度傾けて挿入されていることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項１２】
請求項１から９いずれか１つにおいて、前記平面型光回路が石英基板上に堆積したシリカで構成されていることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項１３】
請求項１から１２いずれか１つにおいて、前記溝の前後にコアへモニタ用光信号を挿入するための第１の反射フィルタと、コアからモニタ用光信号を抽出するための第２の反射フィルタがコアを遮断して挿入され、モニタ用光源とモニタ用光検出器が前記平面型光回路に接続され、更に、第１の反射フィルタとモニタ用光源とを結合するための第１の分岐コアと、第２の反射フィルタとモニタ用光検出器とを結合するための第２の分岐コアが前記平面光回路に形成されていることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項１４】
請求項１から１２いずれか１つにおいて、溝とコアが接する箇所に溝の壁面で反射した光が結合する分岐コアが配置され、該分岐コアと結合される光検出器が前記平面型光回路に接続されていることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項１５】
請求項１において、前記溝のコアと接する壁面がコアを伝播する光信号の伝播方向となす角が、光信号の伝播方向と直交した角度であり、前記コアと接する壁面に無反射コーティングが施されていることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項１６】
請求項１において、前記溝内の残りの部分は気体で満たされているか、あるいは真空であることを特徴とする可変光減衰器。
【請求項１７】
請求項３において、前記液体移動手段は溝近傍に設けたペルチェ素子であることを特徴とする可変光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信システム等における光信号のレベル調整に用いられる可変光減衰器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいて光信号のレベルを調整する場面は、至る所に存在する。単純に光検出器への過度な強度の光入射を抑制する目的であれば、減衰率が固定された固定光減衰器を光通信線路に挿入すれば十分であるが、レベルが時間とともに変動する場合や複数の光信号のレベルを調整する場合、固定光減衰器あるいは手動で減衰率を調整できる半固定光減衰器を使用するのは、減衰率の調整に手間がかかり実用的でないか、場合によっては全く役に立たない。これらの固定光減衰器及び半固定光減衰器は光伝播路の途中に何らかの光の減衰を与える構造を挿入したものであり、金属薄膜や誘電体薄膜による光の吸収や、散乱、部分的な反射を利用したもの、光伝播路に曲げや、ずれ、伝播路の欠落間隙などの損失要因を挿入したものなどがある（福島，  「注目のパッシブデバイス可変減衰器（ＶＯＡ）の技術と動向」，  Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ，  Ｎｏ．２５２，  ｐｐ．９１−９４，  ２００２参照）。
【０００３】
ＷＤＭ（波長分割多重）システムでは、複数の波長の光信号を一本の光ファイバに合波して同時に伝送する。これらの複数の光信号をファイバアンプ（ＥＤＦＡなど）で一括増幅する場合、ファイバアンプの増幅率が波長に対して一様ではないため、光増幅後に分波した際に、各光信号のレベルに変動が発生する。このファイバアンプの増幅率補償のために、光減衰器を複数並べたアレイが用いられる。ファイバアンプの増幅率は励起光源のレベル変動や環境温度により変動するため、固定光減衰器あるいは半固定光減衰器のアレイでは、増幅率補償の目的が十分に果たせない場合がある。そのため、各光信号のレベル変動をモニタし、モニタ結果をフィードバックして減衰率を動的に変化することができる可変光減衰器が必要となる（高戸，  「ＶＯＡ−ＡＷＧ複合光モジュール‐ＤＷＤＭシステム用レベル制御機能付き光合分波モジュール」，  光アライアンス，  Ｖｏｌ．１３，  Ｎｏ．１１，  ｐｐ．２７−３０，  ２００２；    西，  「高密度波長分割多重伝送（ＤＷＤＭ）システムに対応した光デバイス‐ＤＷＤＭチャンネルレベルコントローラ」，  電子材料，  Ｖｏｌ．４０，  Ｎｏ．１１，  ｐｐ．６２−６５，  ２００１参照）。
【０００４】
また、光信号のクロスコネクトシステムでは、光信号をマトリクススイッチで任意の光ファイバ間で切り替える操作を行い、光通信システムの柔軟性と信頼性を向上させている。これにより、光通信システムの操作性と保守管理性が確保される。光クロスコネクトスイッチは、その入力と出力のチャンネルの組み合わせに依存して挿入損失が変動するのが一般的である。それは、スイッチが採用している機構に依存するが、一般に２次元型のスイッチではスイッチ内を光信号が通過する距離がチャンネルの組み合わせで異なるため、挿入損失のパス依存性が避けられない。３次元型のスイッチでは、原理的にはパス依存性は少ないのであるが、個々のスイッチ素子の特性変動もあり、現実的には挿入損失の変動が存在する。従って、光クロスコネクトスイッチのパス依存挿入損失を補償する目的で、スイッチの切り替え状態に応じて減衰率を調整することができる可変光減衰器のアレイが必要となる。
【０００５】
従来の可変光減衰器としては、固定光減衰器に用いられている光減衰の仕組みをモータ駆動で実現した機械式のものや、光導波路を用いたものではＭＺＩ（マッハツェンダ型干渉計）を構成して、電気光学効果や熱光学効果を利用し減衰率を電気信号で調整するものが知られている。その他、ファラデー効果など磁気光学効果をもとに偏光を利用したものもある。
【０００６】
モータ駆動の機械式可変光減衰器は、コリメータやプリズム、シャッタ、フィルタなど小型の光学部品を組み合わせた構造なので、小型化にはおのずと限界があるとともに、組立の手間を考えると生産性が悪く高額なものにならざるを得ない。この技術の延長線に、シリコン表面プロセスをベースとするマイクロマシンを利用した可変光減衰器がある。これは、光減衰の機構をマイクロマシン技術により小型集積して、光ファイバや光導波路と組み合わせたものである。マイクロマシンはＳｉ基板表面にＩＣ製造と同じシリコン表面プロセスで作製された微小な機械部品であり、静電力や電磁力、熱歪，電歪などを用いて駆動される。マイクロマシン機構を光信号の可変減衰に用いるには、光ファイバをマイクロマシンの極近傍に固定するとか、マイクロマシンを形成したＳｉ基板を平面光回路に対向して張り付けるといった精密な組立作業を行う必要がある。コリメータを用いて光ビームを飛ばすことで、このような組立作業を避けるとしても、微小光学部品の組立作業は残る（諫本他，  「シリコンマイクロマシニングによる５Ｖ駆動光可変減衰器」，  ２００３年電子情報通信学会総会大会講演論文集，  Ｖｏｌ．Ｃ，  Ｃ−３−１０５，  ｐ．２４５，  ２００３参照）。従って、マイクロマシンを利用するにしても、可変光減衰器の小型化、生産性の大幅な改善は望めない。
【０００７】
平面光回路にＭＺＩを構成して実現した可変光減衰器は、上記の機械式のものに比べ、駆動部がなく、小型で、生産性に優れている（Ｔ．  Ｗａｔａｎａｂｅ  ｅｔ  ａｌ．，  ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  ＥＣＯＣ２００２，  Ｔｕ．Ｌ．１．２，  ２００２参照）。しかし、電気光学効果や熱光学効果による屈折率の変化が小さいがために、ＭＺＩ自体が数ミリメートル以上の光伝播長を必要とする。また、電気光学効果を利用した場合は、高い駆動電圧が必要であったり、熱光学効果を利用した場合は、消費電力が大きく多チャンネル化した場合に冷却が必要であるといった利便性に欠ける問題があった。
【０００８】
偏光を利用した可変光減衰器は、原理的に偏光依存性を持つため部品を偏波無依存化する必要があり、入射光を直交する２つの偏光成分に一旦分けてそれぞれを処理した後に偏波合成するといった手の込んだ構成にならざるを得ず、このような構造を平面光回路に組み込むとしても、ＭＺＩを用いた可変光減衰器よりも複雑で大型にならざるを得ない。
【０００９】
【非特許文献１】
福島，  「注目のパッシブデバイス可変減衰器（ＶＯＡ）の技術と動向」，  Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ，  Ｎｏ．２５２，  ｐｐ．９１−９４，  ２００２
【非特許文献２】
高戸，  「ＶＯＡ−ＡＷＧ複合光モジュール‐ＤＷＤＭシステム用レベル制御機能付き光合分波モジュール」，  光アライアンス，  Ｖｏｌ．１３，  Ｎｏ．１１，  ｐｐ．２７−３０，  ２００２
【非特許文献３】
西，  「高密度波長分割多重伝送（ＤＷＤＭ）システムに対応した光デバイス‐ＤＷＤＭチャンネルレベルコントローラ」，  電子材料，  Ｖｏｌ．４０，  Ｎｏ．１１，  ｐｐ．６２−６５，  ２００１
【非特許文献４】
諫本他，  「シリコンマイクロマシニングによる５Ｖ駆動光可変減衰器」，  ２００３年電子情報通信学会総会大会講演論文集，  Ｖｏｌ．Ｃ，  Ｃ−３−１０５，  ｐ．２４５，  ２００３
【非特許文献５】
Ｔ．  Ｗａｔａｎａｂｅ  ｅｔ  ａｌ．，  ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  ＥＣＯＣ２００２，  Ｔｕ．Ｌ．１．２，  ２００２
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の機械式の可変光減衰器は、サイズが大きく、また、組立の生産性が悪いために高価なものにならざるを得なかった。そのため、ＷＤＭシステムや光クロスコネクトシステムに必要な可変光減衰器アレイは、個別の可変光減衰器を複数並べた大きなものとなる欠点があった。また、ＭＺＩを用いた可変光減衰器では、機械式のものに比べサイズ的には小型で高集積であるが、電気光学効果を利用したものでは駆動に高い電圧が必要であり、熱光学効果を利用したものでは消費電力が大きく冷却が必要であるなど、通信装置に組み込んで使うには操作上不便であるといった欠点があった。また、偏光を利用した可変光減衰器はＭＺＩを用いた可変光減衰器よりも複雑で大型にならざるを得ないといった欠点があった。
【００１１】
本発明の課題は、従来の技術に鑑み、小型で高集積が可能な可変光減衰器を提供することである。また、生産性が高く廉価な可変光減衰器の提供、ＰＤＬ（偏波依存損失）が軽減した可変光減衰器の提供も本発明の課題である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１発明は上記課題を解決する可変光減衰器であり、平面型光回路において、光信号の伝播するコアを横切る壁面を有する溝が光減衰の目的でコアを遮断して挿入形成されており、該溝の一部分がコアと等しいかもしくは近い屈折率を持つ液体で満たされ、該溝内の液体をコアを遮断する位置と遮断しない位置との間で移動させる液体移動手段を有していることを特徴とする。
【００１３】
第２発明は、第１発明の可変光減衰器において、前記溝のコアと接する壁面がコアを伝播する光信号の伝播方向となす角が、光信号の伝播方向と直交した角度からずれていることを特徴とする可変光減衰器である。
【００１４】
第３発明は、第２発明の可変光減衰器において、前記液体移動手段は熱毛管現象により溝内の液体の移動を実現するために溝の長手方向に温度勾配を発生させる手段であることを特徴とする可変光減衰器である。
【００１５】
第４発明は、第３発明の可変光減衰器において、前記液体移動手段は溝近傍に１つ以上設けた加熱手段であることを特徴とする可変光減衰器である。
【００１６】
第５発明は、第１から第４いずれか１つの発明の可変光減衰器において、前記溝のコアに接する壁面がコアを伝播する光信号の伝播方向となす角が、該溝内の液体がコアを遮断しない位置に存在するとき、その壁面を反射面としてコア側から溝へ入射する光信号が全反射する条件を満足する角度であることを特徴とする可変光減衰器である。
【００１７】
第６発明は、第１から第５いずれか１つの発明の可変光減衰器において、前記溝は、溝幅が溝の長手方向に連続的に変化していることを特徴とする可変光減衰器である。
【００１８】
第７発明は、第１から第６いずれか１つの発明の可変光減衰器において、前記溝は、溝内の液体の位置を表面張力で固定するために一箇所あるいは複数箇所に溝幅の狭い部位を有することを特徴とする可変光減衰器である。
【００１９】
第８発明は、第１から第７いずれか１つの発明の可変光減衰器において、溝内の液体が個別に移動する複数の溝が１つのコアを遮断して挿入形成されていることを特徴とする可変光減衰器である。
【００２０】
第９発明は、第８発明の可変光減衰器において、前記複数の溝として、溝幅あるいは溝のコアとなす角度が互いに異なる複数の溝を有することを特徴とする可変光減衰器である。
【００２１】
第１０発明は、第１から第９いずれか１つの発明の可変光減衰器において、前記平面型光回路がシリコン基板上に堆積したシリカで構成されており、コアに沿ってコアの両側のシリカ層が除去されていることを特徴とする可変光減衰器である。
【００２２】
第１１発明は、第１から第９いずれか１つの発明の可変光減衰器において、前記平面型光回路がシリコン基板上に堆積したシリカで構成されており、前記溝の前後の位置にコアを遮断して１／４波長板が平面型光回路の基板平面に対して高速軸を４５度傾けて挿入されていることを特徴とする可変光減衰器である。
【００２３】
第１２発明は、第１から第９いずれか１つの発明の可変光減衰器において、前記平面型光回路が石英基板上に堆積したシリカで構成されていることを特徴とする可変光減衰器である。
【００２４】
第１３発明は、第１から第１２いずれか１つの発明の可変光減衰器において、前記溝の前後にコアへモニタ用光信号を挿入するための第１の反射フィルタと、コアからモニタ用光信号を抽出するための第２の反射フィルタがコアを遮断して挿入され、モニタ用光源とモニタ用光検出器が前記平面型光回路に接続され、更に、第１の反射フィルタとモニタ用光源とを結合するための第１の分岐コアと、第２の反射フィルタとモニタ用光検出器とを結合するための第２の分岐コアが前記平面光回路に形成されていることを特徴とする可変光減衰器である。
【００２５】
第１４発明は、第１から第１２いずれか１つの発明の可変光減衰器において、溝とコアが接する箇所に溝の壁面で反射した光が結合する分岐コアが配置され、該分岐コアと結合される光検出器が前記平面型光回路に接続されていることを特徴とする可変光減衰器である。
【００２６】
第１５発明は、第１発明の可変光減衰器において、前記溝のコアと接する壁面がコアを伝播する光信号の伝播方向となす角が、光信号の伝播方向と直交した角度であり、前記コアと接する壁面に無反射コーティングが施されていることを特徴とする可変光減衰器である。
【００２７】
第１６発明は、第１発明の可変光減衰器において、前記溝内の残りの部分は気体で満たされているか、あるいは真空であることを特徴とする可変光減衰器である。
【００２８】
第１７発明は、第３発明の可変光減衰器において、前記液体移動手段は溝近傍に設けたペルチェ素子であることを特徴とする可変光減衰器である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
［第１実施例］
図１は、本発明による可変光減衰器の第１実施例の構造を表す斜視図である。図１において、基板１上に、光導波路を有する平面型光回路２が形成されている。この平面型光回路２に、後述するように可変光減衰器が実装されている。３は光信号が伝播するコア、４はコアを囲むクラッドである。平面型光回路２は、シリカやそれに類似のガラス、あるいはポリイミドやエポキシ樹脂などの高分子材料で構成される。
【００３１】
図１に示す本第１実施例の可変光減衰器は、溝５と、液体６と、気体７（気泡）と、液体移動手段８を有したものである。溝５は、光減衰の目的でコア３を横切って遮断するように形成されてコア３に挿入されている。液体６は、溝５の一部分に満たされている。気体７は、溝５の残りの部分に満たされている。液体移動手段８は、液体６を溝５内でコア３を遮断する位置と遮断しない位置との間で移動させるものである。溝５の上面は蓋９により封止されている。溝５によりコア３が前後に２分されるので、便宜上、前側部分３Ａを入力側コア、後側部分３Ｂを出力側コアとする。また、溝５を構成する壁面（溝壁面）のうち、２つの溝壁面１０、１１がコア３と接している。液体移動手段８として、本第１実施例では、マイクロヒータ１２、１３による加熱手段を用いている。
【００３２】
溝５内に部分的に満たされる液体６は、コア３と等しいか、あるいは許容範囲内で近しい屈折率を持つ任意の液体である。溝５の残部内に満たされる気体７は空気など、コア３と異なる屈折率を持つ任意の気体である。気体７の屈折率は液体６に比べて、コア３からなるべく異なることが好ましい。液体６の屈折率がコア３に近しいという範囲は、屈折率の整合に比べて広く、液体６とコア３の比屈折率の差の絶対値が０．２以下であれば近しいということができる。
【００３３】
上記のように溝５内に液体６と気体７が封入されている場合、液体移動手段８により何らかの方法で液体６を移動させ、液体６がコア３を完全に遮る位置にあるときは、コア３を伝播する光信号は溝５の幅（光伝播方向の長さ）に対応した回折損の分、減衰して溝５を伝わる。このときの減衰量は屈折率がコア３と等しいか近しい液体６の存在により僅かであり、この状態を可変光減衰器の開放状態とする。これに対し、液体６がコア３を遮ることがない位置に移動すると、溝５内で光信号が通過する部分は気体７で満たされることになり、溝５を通過する光信号は液体６が存在するときよりも大きな回折損を受け、更に、溝５とコア３との溝界面での屈折率の不整合に起因して反射を生じる。この状態が可変光減衰器の遮断状態であり、このときの減衰量は溝５の幅（光伝播方向の長さ）に依存する。
【００３４】
このように、光信号の伝播するコア３を横切る溝壁面１０、１１を有する溝５が光減衰の目的でコア３を遮断して挿入形成されており、該溝５の一部分がコア３と等しいかもしくは近い屈折率を持つ液体６で満たされ、液体６を該溝５内でコア３を遮断する位置と遮断しない位置との間で移動させる液体移動手段８を有している平面型光回路は、液体６の位置に応じて溝５を通る光信号の減衰量が変化し、可変光減衰器として機能する。
【００３５】
また、溝５とマイクロヒータ１２、１３を有する可変光減衰器は、フォトプロセスのみで作製することができるので、高い生産性を確保でき、また、廉価な可変光減衰器を提供することができる。
【００３６】
また、本発明の可変光減衰器では、光に減衰を与える箇所がコア３を遮る溝５で実現されるため、同じ平面型光回路を利用したＭＺＩ型の可変光減衰器に比べ、遥かに小型に製作することができ、高集積な可変光減衰器が実現する。
【００３７】
また、複数のコアからなるコアアレイを有する平面型光回路の場合は、個々のコア３を遮断してそれぞれのコア３に溝５を挿入形成し、個別に動作する複数の液体移動手段８により各溝５内の液体６を個別に移動させるように構成することで、複数の可変光減衰器からなる可変光減衰器アレイを同じ平面型光回路に小型で高集積に作製することが容易である。あるいは、同一のコア３を遮断して複数の溝５をコア３に挿入形成し、個別に動作する複数の液体移動手段８により各溝５内の液体６を個別に移動させるように構成することで、同一のコア３に複数の可変光減衰器を高集積に作製することも容易である。
【００３８】
気体７に代えて、溝５内で液体６が満たされた部分以外を真空とすることができる。この場合、気体７を用いる場合の方が、適量の液体６を溝５内に封入する作業が容易であるという利点がある。
【００３９】
ここで、溝界面（溝５とコア３との界面）で反射した光がコア３に結合して後戻りしないように、コア３と接する溝壁面１０、１１に無反射コーティングを施したり、あるいは溝壁面１０、１１をコア３と直交する角度からずらして形成すると良い。溝壁面１０、１１に無反射コーティングを施す場合は、溝壁面１０、１１はコア３と直交していても良い。
【００４０】
本第１実施例では、コア３と接する溝壁面１０、１１がコア３を伝播する光信号の伝播方向となす角を、光信号の伝播方向と直交した角度からずらしている。
【００４１】
更に、本第１実施例では、溝５のコア３を横切る部位が気体７で満たされたとき、コア３と溝壁面１０、１１とがなす角度が全反射の条件を満たすようにしている。これにより、遮断状態では光信号は完全に遮断され、溝５を通過することがない。平面型光回路２に用いられる材料は、シリカやそれに類似のガラス、あるいは、ポリイミドやエポキシ樹脂などの高分子材料であり、これらの屈折率は光ファイバの屈折率との整合性を保つために、光ファイバの屈折率に近い値に調整されることが多い。例えば平面型光回路２に用いられる材料をガラス、気体７を空気とする場合、ガラスと空気との界面における全反射となる最小の角度、即ち臨界角θｃは、ガラスの屈折率ｎ、空気の屈折率ｎ０として、
θｃ＝ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ）          式（１）
となる。この臨界角θｃは、光信号が伝播するコア３方向と溝壁面１０、１１の法線方向がなす角度である。溝壁面１０、１１とコア３とのなす角は、９０度の補角となる。光ファイバのコアの比屈折率は約１．４６、空気の比屈折率は約１なので、臨界角はθｃ＝４３．２度と見積もることができ、溝壁面１０、１１とコア３のなす角度がその補角の４６．８度以下であれば、全反射することが分かる。
【００４２】
更に、本第１実施例では、液体移動手段８として、熱毛管現象により溝５内の液体６を移動させるように、溝５の長手方向に温度勾配を発生させる２つの加熱手段１２、１３を用いている。詳しくは、加熱手段１２、１３として、溝５の近傍に金属薄膜でマイクロヒータを形成し、それに通電することで溝５の長手方向に温度勾配を与えるようにしている。一方のマイクロヒータ１２は溝５の透過側（液体６が開放状態に位置する側）の近傍に位置し、もう一方のマイクロヒータ１３は減衰側（液体６が遮断状態に位置する側）の近傍に位置している。溝５の長手方向に温度勾配を与えると、液体６と気体７の界面の表面張力が温度依存性を持っていることから、液体６が温度の低い方へ力を受けて移動する。本発明で提供する可変光減衰器におけるコア３を遮断する溝５の幅は例えば十数μｍと狭いので、表面張力による駆動は極めて効果的である。
【００４３】
溝５の深さをｄ、幅をｗ、液体６の両端（メニスカス）での温度差をΔＴ、液体６の表面張力をγ、液体６の表面張力の温度依存係数ｄγ／ｄｔとすると、液体７に働く力は圧力換算ｐで、
ｐ＝２・（１／ｄ＋１／ｗ）・ｄγ／ｄｔ・ΔＴ      式（２）
となる。例えば、屈折率整合液体として通常用いられるシリコーンオイルを液体６として採用する場合、シリコーンオイルの表面張力は室温で約２０ｍＮ／ｍである。温度が上昇するとシリコーンオイルの表面張力の値は直線的に減少し、１００°Ｃの温度差で約２０％、表面張力の値で約４ｍＮ／ｍ減少する。マイクロヒータ１２、１３で１００°Ｃの温度差を与えることは容易であり、これに要する消費電力は約５ｍＷ程度と少ない。例えば、溝５の深さを４５μｍ、溝幅を１５μｍとすると、液体６に働く圧力ｐは７１１Ｐａと見積もることができる。７１１Ｐａは力に換算すると０．４８μＮという小さな力であるが、これを重力０．６６ｎＮ（圧力換算で０．９８Ｐａ：シリコーンオイルの長さを１００μｍ、密度を１ｇ／ｃｍ３とした）と比較すると、非常に大きな力であることが理解される。このような表面張力による駆動力で液体６を溝５内で容易に駆動させることができ、遮断状態と開放状態の位置間で自由に液体６を移動させることができる。この表面張力の温度勾配による液体６の駆動現象は熱毛管現象と呼ばれ、これを用いた導波路型光スイッチが実現されている。本実施例では、熱毛管現象の駆動原理を用いて可変光減衰器を提供している。
【００４４】
ここで、マイクロヒータ１２、１３などの加熱手段は、加熱手段が存在する位置から離れる方向で温度が下がる勾配を発生させることができるが、逆の勾配（加熱手段が存在する位置から離れる方向で温度が上がる勾配）を発生させることはできない。これに対して、液体移動手段８として超小型のペルチェ素子を溝５の近傍に形成し、冷却と加熱を切り替えて実現することで、１つのペルチェ素子で液体６を遠ざけたり、近づけたりすることが可能である。これを加熱手段で実現するには、図１に示すように、液体６の駆動範囲の両側に加熱手段１２、１３を対にして設け、互いに液体６を遠ざけることで任意の位置に液体６を調整することができる。
【００４５】
液体６の位置を任意の位置に制御できるので、液体６のメニスカスをコア３を伝播する光信号の広がりの中に位置させて部分的に光を遮ることで、任意の減衰率を実現することができる。つまり、減衰率が連続的に調整可能である。
【００４６】
溝５のコア３を横切る部位が気体７で満たされたとき、コア３と溝壁面１０、１１とがなす角度が全反射の条件を満足しない状況では、遮断状態で光信号は回折損を受けて通過することになる。このような構成であるときは、開放状態と遮断状態（或る減衰状態）を液体６の溝５内の駆動で実現することができる。
【００４７】
［第２実施例］
上記の連続的な任意の減衰率を実現した第１実施例では、液体６のメニスカスの位置を微妙に制御するために常に、マイクロヒータ等の加熱手段１２、１３に幾らかの電流を流しておく必要がある。これに対して、溝５の一部分に溝幅の異なる箇所を設けておくと、液体６はその表面張力の効果で溝幅の狭い位置に固定されるので、加熱手段１２、１３に電流を流しておく必要がなくなる。
【００４８】
図２は、本発明の第２実施例として、上記の原理を適用した可変光減衰器の構造、特に溝の構造を表す平面図である。図２中の符号で、３はコア、５は光減衰用の溝、６は液体、７は気体、１２は透過側マイクロヒータ（加熱手段）、１３は減衰側マイクロヒータ（加熱手段）、１４と１５は溝幅の狭い部分を示している。
【００４９】
本第２実施例では、図２に示すように、液体６の位置を固定するために溝幅に変化を与えている。具体的には、液体６が開放状態の位置と遮断状態の位置で固定されるように、溝５の左右両側に溝幅の狭い箇所１４、１５を設けている。溝幅の変化もフォトプロセスで作製できる。
【００５０】
溝幅の変化を与える際、透過側マイクロヒータ１２及び遮断側マイクロヒータ１３の加熱による熱毛管現象による力が溝幅の狭い箇所１４、１５での固定力を超えるように、溝幅の変化を設計している。液体６の両端での溝幅の違いをΔｗとすると、そのとき発生する表面張力による圧力ｐは、
ｐ＝２・γ（１／ｗ−１／（ｗ＋Δｗ））      式（３）
と算出される。例えば、前述と同じパラメータ（シリコンオイル、溝幅ｗ＝１５μｍ）を用い、Δｗを０．５μｍとすると、液体６をその狭くなった部位１４または１５に固定するその圧力は８６Ｐａであって、重力の約１００倍、熱毛管現象による駆動力の約１／１０となり、液体６がその表面張力で溝幅の狭い位置に固定され、その固定力をヒータ加熱による熱毛管現象による力が超えるという上記の条件を満足する。
【００５１】
図２に示す状態は、右側（遮断側）のマイクロヒータ１３を加熱動作させて液体６を左側の溝幅が狭い箇所１４に移動させ、その後同マイクロヒータ１３の加熱動作を停止させた状態であり、液体６は可変光減衰器の開放状態に固定されている。可変光減衰器を遮断状態に固定するには、左側（透過側）のマイクロヒータ１２を加熱動作させて液体６を右側の溝幅が狭い箇所１５に移動させ、その後同マイクロヒータ１２の加熱動作を停止させれば良い。また、マイクロヒータ１２、１３の適宜な加熱動作により、可変光減衰器は任意の減衰率に連続調整される。
【００５２】
［第３実施例］
図３は、本発明の第３実施例として、上記の原理を適用した可変光減衰器の別の構造、特に溝の構造を表す平面図である。図３中の符号で、３はコア、５は減衰用溝、６は液体、７は気体、１２は透過側マイクロヒータ（加熱手段）、１３は減衰側マイクロヒータ（加熱手段）、１６、１７は溝幅の広い部分を示している。
【００５３】
本第３実施例では、液体６ではなく気体７を固定するように溝幅に変化を与える構造となっている。つまり、図３に示すように、気体７を開放状態の位置と遮断状態の位置で固定するよう、第２実施例とは逆に、溝５の左右両側に溝幅の広い箇所１６、１７が設けられている。言い換えれば、溝５の中央部分の溝幅を狭くしている。これは、液体６と気体７との関係を逆にしたもので、実質的には第３実施例は第２実施例と等価なものである。本明細書では、液体６を溝５内で移動させるという表現を用いているが、これは溝５内で気体７（あるいは真空部分）を移動させることと等価である。ヒータ加熱と気体７の移動との関係は、液体６とは逆に、温度の高い方向、即ち加熱手段１２、１３に接近する方向に気体７が移動する方向に駆動力が働く。
【００５４】
図３に示す状態は、右側（減衰側）のマイクロヒータ１３を加熱動作させて気体７を右側の溝幅が広い箇所１７に移動させ、その後同マイクロヒータ１３の動作を停止させた状態であり、液体６は可変光減衰器の開放状態の位置に固定されている。可変光減衰器を遮断状態に固定するには、左側（透過側）のマイクロヒータ１２を加熱動作させて気体７を左側の溝幅が広い箇所１６に移動させ、その後同マイクロヒータ１２の動作を停止させれば良い。
【００５５】
第２実施例と第３実施例では、液体６が遮断状態か開放状態のどちらか一方の位置に表面張力で固定された後は、ヒータへの通電は不要となり、無電力でその状態での減衰率を保持することがきる。また、マイクロヒータ１２、１３の適宜な加熱動作により遮断状態と開放状態の中間に任意の減衰率に連続的に調整することもできる。ただし、この場合は、無電力でその減衰率を保持することはできない。
【００５６】
［第４実施例］
図４は、本発明の第４実施例として、同一のコアに光減衰用の溝を複数設けた可変光減衰器の構造を表す平面図である。図４中の符号で、３はコア、１８は一段目光減衰用の溝、１９は二段目光減衰用の溝、２０は三段目光減衰用の溝、２１は四段目光減衰用の溝を示している。１８Ａ、１９Ａ、２０Ａ、２１Ａは光減衰用の各溝１８〜２１に対するマイクロヒータ等を透過側と遮断側に２つ用いた加熱手段（液体移動手段）を示している。各溝１８〜２１内には、一部分に液体６が、残りの部分に気体７が満たされている。
【００５７】
本第４実施例では、同一のコア３を遮断して、溝幅が異なる複数（図では一段目から４段目の計４つ）の溝１８〜２１をコア３に挿入形成し、個別に動作する複数の加熱手段１８Ａ〜２１Ａにより各溝１８〜２１内の液体６を個別に移動させるように構成することで、複数の可変光減衰器を同じ平面型光回路に集積して作製するようにしている。各溝１８〜２１の溝幅は、それぞれが目的の減衰率を達成するような溝幅に設定されている。また、各溝１８〜２１は図３（第３実施例）に示した溝５と同様、左右両端に溝幅の広い部分（図３の符号１６、１７参照）を形成し、無電力では開放状態と遮断状態を保持できるようにしている。更に、各溝１８〜２１はコア３に対して同じ角度で傾斜している。これらの溝幅が異なる複数の溝１８〜２１もフォトプロセスにより容易に作製できる。
【００５８】
本第４実施例では、加熱手段１８Ａ〜２１Ａを個別に動作させて遮断状態にする溝の組み合わせを変えることにより、複数の減衰率を実現し、かつ、その状態を無電力で保持できる。例えば、一段目の溝１８を遮断状態で１ｄＢの減衰量、二段目の溝１９を２ｄＢの減衰量、三段目の溝２０を４ｄＢの減衰量、四段目の溝２１を８ｄＢの減衰量となるように、それぞれの溝幅を設定することにより、０ｄＢ（実際には回折損のため０ｄＢではなく有限の損失がある）から１５ｄＢまで１ｄＢ刻みに飛び飛びに減衰量を変化させることができる。
【００５９】
［第５実施例］
図５は、本発明の第５実施例として、同一のコアに光減衰用の溝を複数設けた可変光減衰器の別の構造を表す平面図である。図５中の符号で、３はコア、２２は一段目光減衰用の溝、２３は二段目光減衰用の溝、２４は三段目光減衰用の溝、２５は四段目光減衰用の溝を示している。２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ、２５Ａは各溝２２〜２５に対するマイクロヒータ等を透過側と遮断側に２つ用いた加熱手段（液体移動手段）を示している。各溝２２〜２５内には、一部分に液体６が、残りの部分に気体７が満たされている。
【００６０】
本第５実施例では、同一のコア３を遮断して、コア３となす角度が異なる複数（図では一段目から４段目の計４つ）の溝２２〜２５をコア３に挿入形成し、個別に動作する複数の加熱手段２２Ａ〜２５Ａにより各溝２２〜２５内の液体６を個別に移動させるように構成することで、複数の可変光減衰器を同じ平面型光回路に集積して作製するようにしている。各溝２２〜２５は、溝幅が一定であっても角度が異なると回折損が異なることを利用して、第４実施例と同等の効果を実現している。つまり、各溝２２〜２５の角度はそれぞれが目的の減衰率を達成するように設定されている。また、各溝２２〜２５は図３（第３実施例）に示した溝５と同様、左右両端に溝幅の広い部分（図３の符号１６、１７参照）を形成し、無電力では開放状態と遮断状態を保持できるようにしている。各溝２２〜２５の溝幅は同じで一定にしている。これらの角度が異なる複数の溝２２〜２５もフォトプロセスにより容易に作製できる。
【００６１】
本第５実施例でも、加熱手段２２Ａ〜２５Ａを個別に動作させることで遮断状態にする溝の組み合わせを変えることにより、複数の減衰率を実現し、かつ、その状態を無電力で保持できる。例えば、一段目の溝２２を遮断状態で１ｄＢの減衰量、二段目の溝２３を２ｄＢの減衰量、三段目の溝２４を４ｄＢの減衰量、四段目の溝２５を８ｄＢの減衰量となるように角度を設定することにより、０ｄＢ（実際には回折損のため０ｄＢではなく有限の損失がある）から１５ｄＢまで１ｄＢ刻みに飛び飛びに減衰量を変化させることができる。
【００６２】
更に、本第５実施例では、任意の１つの溝、例えば四段目の溝２５を全反射の条件を満足する角度にすることができる。この場合、全反射の条件を満足する角度にした溝２５を遮断状態にすると、光信号を完全に遮断することができ、いわばシャッタつきの可変光減衰器が実現する。例えば、一段目の溝２２を遮断状態で１ｄＢの減衰量、二段目の溝２３を２ｄＢの減衰量、三段目の溝２４を４ｄＢの減衰量、四段目の溝２５を全反射となるように設定した場合、０ｄＢ（実際には回折損のため０ｄＢではなく有限の損失がある）から７ｄＢまでは１ｄＢ刻みに飛び飛びに、それ以上は無限大に減衰量が変化する。
【００６３】
第４実施例では溝幅が異なる複数の溝１８〜２１を同一のコア３に挿入形成し、第５実施例では角度が異なる複数の溝２２〜２４を同一のコア３に挿入形成したが、溝幅及び角度が同じ複数の溝を同一のコア３に挿入形成しても、あるいは、溝幅の異なる溝と角度が異なる溝を組み合わせて複数の溝を同一のコア３に挿入形成しても、減衰量が飛び飛びに変化する可変光減衰器が実現する。
【００６４】
［第６実施例］
図６は、本発明による可変光減衰器の第６実施例の構造を表す平面図である。図６中の符号で、３はコア、６は液体、７は気体、２６は光減衰用の楔形の溝、２７はマイクロヒータ等の加熱手段（液体移動手段）を示している。
【００６５】
本第６実施例では、光減衰用の溝２６の溝幅が溝２６の長手方向に連続的に変化している。詳しくは、溝２６の形状を溝幅の変化が一様な楔形状にしている。このような構造のため、液体６は溝幅が狭い方の端（図では右端）に表面張力により自動的に引き寄せられる。そこで、溝幅の狭い側に加熱手段２７を設け、これを動作させて加熱すると、熱毛管現象により溝２６内の液体６は加熱手段２７から遠ざかる方向、つまり溝幅が広い方向へ移動する。温度勾配は加熱手段２７からの距離が遠くなるとともに減少し、加熱手段２７のヒータ出力が高いほど大きくなるので、ヒータ出力を調整することにより、液体６の位置を溝幅の変化による表面張力とバランスさせることで任意の位置に固定することができる。つまり、本第６実施例では、１つの加熱手段２７で連続的に任意の減衰率を実現できる。楔形状の溝２６もフォトプロセスにより容易に作製できる。本第６実施例においても、第２実施例と同様に、溝２６の左右両側に溝幅の狭い箇所（図２の符号１４、１５参照）を設けることができ、これにより、液体６を開放状態の位置と遮断状態の位置で固定することができる。また、第３実施例と同様に、溝２６の左右両側に溝幅の広い箇所（図３の符号１６、１７参照）を設けること、言い換えれば、溝２６の中央部分付近の溝幅を狭くすることができ、これにより、液体６を開放状態の位置と遮断状態の位置で固定することができる。
【００６６】
［第７実施例］
図７は、本発明による可変光減衰器の第７実施例の構造、特にコア部分の構造を表す断面図である。図８はその平面図であり、図７は図８中のＡ−Ａ´線断面を表している。図７、図８中の符号で、１は基板、２は平面型光回路、３はコア、４はクラッド、５は光減衰用の溝、６液体、７は気体、９は蓋、１２は透過側マイクロヒータ（加熱手段）、１３は減衰側マイクロヒータ（加熱手段）、２８、２９はコア３両側のクラッド部分が除去されてなる溝、つまりＰＤＬ（偏波依存損失）軽減用の溝を示している。光減衰用の溝５には、左右両端に溝幅の広い部分（図３の符号１６、１７参照）が形成されており、溝５内の一部に液体６が、残りの部分に気体７が満たされている。
【００６７】
本第７実施例では、基板１はシリコン基板であり、平面型光回路２はシリコン基板１上に堆積したシリカ層に形成されている。従って、コア３はシリカコア、クラッド４はシリカクラッドとなる。蓋９はガラス製である。
【００６８】
一般に、シリコン基板１上のシリカは、熱膨張係数の違いから、基板面に沿った方向に圧縮応力を受けている状態にあり、シリカの平面型光回路２のコア３には複屈折が生じる。即ち、伝播する光信号が感じる屈折率は、平面型光回路２の面に沿って電界が振動するＴＥモードと、それに直交して振動するＴＭモードとで異なる。このこと自体は可変光減衰器を構成する上で問題とならないが、シリカ層をアンダークラッド、コア、オーバークラッドと順次形成するために、面に垂直な方向でその複屈折の程度が異なる。つまり、下層のシリカ層ほど、大きな複屈折を持つことになる。更に、シリコン基板１に近い位置ほど、大きな圧縮応力を受けている。そのため、コア３を伝播する光信号のうち偏波面が面に平行なＴＥモードと垂直なＴＭモードとの間で、フィールドの中心がずれることになる。ＴＥモードは屈折率の面に垂直な方向の変化には鈍感であるが、ＴＭモードは敏感であるため、普通、ＴＭモードのフィールドがシリコン基板１側に引き込まれるように上下非対称になる。そのため、コア３を遮って溝５を形成して光信号を減衰させる本発明をシリコン基板１上のシリカの平面型光回路２に適用すると、大きな減衰率を得る場合、ＰＤＬ（偏波依存損失）が大きくなる。
【００６９】
このＰＤＬを軽減する目的で、本第７実施例では、コア３の両側近くのシリカ層（クラッド４）をコア３に沿って溝２８、２９状に除去することで、コア３の付近の圧縮応力（コア長手方向の圧縮応力は伝播光が感じないので無視できる）を軽減している。このように溝２８、２９によりコア３付近の圧縮応力を軽減した結果、上記のようなＰＤＬの発生を防止でき、大きな減衰率でも低いＰＤＬを実現している。ＰＤＬ軽減用の溝２８、２９もフォトプロセスで容易に作製できる。
【００７０】
［第８実施例］
図９は、本発明による可変光減衰器の第８実施例の構成を表す斜視図である。図９中の符号で、５は光減衰用の溝、１２は透過側マイクロヒータ（加熱手段）、１３は減衰側マイクロヒータ（加熱手段）、３０はコアの軸を表す線、３１は入力側の１／４波長板、３２は出力側の１／４波長板を示している。溝５内には、一部分にて液体が、残りの部分にて気体が満たされている。２つのマイクロヒータ１２、１３は溝５内の液体を熱毛管現象により移動させるものである。
【００７１】
本第８実施例の目的も、第７実施例と同様、平面型光回路がシリコン基板上に堆積したシリカ層に形成されている場合におけるＰＤＬ（偏波依存損失）の軽減を実現することである。
【００７２】
本第８実施例では、減衰を与える溝５を挟んで前後の位置にコア３を遮って、１／４波長板３１、３２を、その高速軸をシリコン基板１に４５度傾けて挿入した構成である。
【００７３】
ＰＤＬが発生する原因は上記のようにＴＥモードとＴＭモードで異なる屈折率分布を感じるからなので、これをなくすには、第７実施例のように複屈折の原因を取り除くか、もしくは、光減衰用の溝５に光信号を通過させる際に入力光信号の偏波状態に関係なく、ＴＥモードかＴＭモードの一方だけに変換するか、あるいは、ＴＥモードとＴＭモードに半々に光エネルギーを配分するという方法を採れば良い。前者（一方のモードのみへの変換）については、入射光の偏波面の状況が不定なので、実現は困難である。本第８実施例では、後者（ＴＥ、ＴＭモードへの光エネルギー均等配分）の方法を、１／４波長板３１、３２を溝５の前後に挿入することにより実現している。
【００７４】
通常、光通信では光源に直線偏波のＬＤを用い、伝送路に動径方向に一様なＳＭＦを用いる。ＳＭＦを伝播する光信号は、ファイバへの外乱（温度変化や、振動、衝撃など）によりその偏波面を変化させ、ファイバの出力端ではどのような向きに偏波面が存在するか分からないだけでなく、時間と共に偏波面が変化するのが普通である。しかし、ＳＭＦはＰＭＦのような複屈折性はないので、直線偏波は直線偏波として伝送される。つまり、通常の光通信では、偏波面は特定できないか、あるいは変動するが、直線偏波あるいはそれに近い楕円偏波である。このような理由により、可変光減衰器のような光デバイスには偏波無依存性が要求される。光デバイスがＰＤＬを持つと、偏波面の変動がそのままレベル変動になってしまうのである。
【００７５】
本第８実施例では、シリコン基板上に堆積したシリカ層の平面型光回路に平行なＴＥモードの光信号が入力された場合、入力側の１／４波長板３１の高速軸が左に４５度傾いているので、これを通過した光は反時計回りの円偏波に変換される。円偏波はＴＥモードとＴＭモードに均等に光エネルギーを配分した状態である。この円偏波の光が溝５を通過してもう一方の出力側の１／４波長板３２を通過すると、この１／４波長板３２の高速軸が最初の入力側１／４波長板３１と同じ左４５度に傾いていれば、入力光と直交するＴＭモードの直線偏波として出力される。入力光と同じ偏波面を維持して光信号を出力させる場合は、出力側の１／４波長板３２の高速軸を右４５度に傾けて、つまり１枚目の入力側１／４波長板３１と直交させて配置する。導波路の複屈折を相殺するには、前者の配置（入力側１／４波長板３１と出力側１／４波長板３２が同じ方向に４５度傾いた配置）が優れている。
【００７６】
入力光信号が平面型光回路に垂直なＴＥモードである場合は、入力側の１／４波長板３１を通過した光信号は時計回りの円偏波に変換される。入力側の１／４波長板３１の高速軸あるいは低速軸に平行な偏波面を持つ光信号の場合は、変換されることなく、直線偏波で進むが、平面型光回路のＴＥモードとＴＭモードに対応する成分を半々で持っており、円偏波と同じくＰＤＬをなくすことができる。これは、その他の角度の直線偏波が入力されても同じで、常に、ＴＥモードとＴＭモードに光エネルギーが等しく配分される。
【００７７】
上記の第８実施例の説明は、導波路伝播時の複屈折を無視しており、導波路の複屈折がＰＤＬの原因であることと矛盾した説明となっている。これは、導波路を短距離伝播しても偏波状態が大きく変化しないと仮定しているためである。
【００７８】
より正確には、導波路に加わる圧縮応力により発生している複屈折を考慮して、入力側の１／４波長板３１を挿入する位置を決める。まず、シリコン基板上のシリカ層で構成された平面型光回路のシリカコアに掛かる応力と、それによる複屈折、及び、偏波状態が一巡して元に戻る伝播長即ちビート長について説明する。
【００７９】
シリコンの熱膨張係数は、約４×１０−６Ｋ−１である。シリコン基板上にシリカを堆積して熱処理すると、シリカのガラス転移温度が約１０００°Ｃとして、およそ４×１０−３の熱歪を室温で持つことになる。通常シリコン基板は１ｍｍ程度と厚く、シリカ層は数十μｍ程度と薄いので、シリカ層に上記の熱歪が全て掛かると仮定してもそれほど現実から外れていない。実際には、熱歪でシリカ層側が凸になって基板全体が反って歪の一部を開放するので、以下の見積もりよりも歪は少なく、従って、複屈折の効果も少ない。シリコンの弾性係数は約７×１０１０Ｐａであり、上記の歪を用いて、コアに掛かる圧縮応力σは約３×１０８Ｐａと見積もられる。ガラスの光弾性係数Δｎ／σは約５×１０−１３Ｐａ−１なので、屈折率の高速軸と低速軸での屈折率のずれΔｎは約３×１０−４と見積もられる。光通信に用いられる１．５５μｍ帯の光信号について、コアの比屈折率を１．４６５とすると、ビート長Ｌｂ、つまり、複屈折のために伝播する光の偏光状態が直線偏波から楕円偏波、円偏波と変化して元の直線偏波の状態に戻るまでに要する伝播長Ｌｂは、８ｍｍと見積もることができる。即ち、シリコン基板上に堆積したシリカからなる平面型光回路では、８ｍｍの伝播長でＴＥモードとＴＭモードとの位相のずれが２πとなる。
【００８０】
従って、本第８実施例における入力側の１／４波長板３１の挿入位置は、平面型光回路の入力端から伝播長でＬｂ／２の整数倍にすれば、直線偏波は直線偏波として１／４波長板３１に入射することになり、目的の偏波状態を実現することができる。また、この１／４波長板３１と光減衰用の溝５との距離も同様にＬｂ／２の整数倍とすることで、溝５に円偏波を入射、正確にはＴＥモードとＴＭモードを半々に入射させることができる。更に、出力側の１／４波長板３２の挿入位置を平面型光回路の出力端から伝播長でＬｂ／２の整数倍とし、また、この１／４波長板３２と光減衰用の溝５との距離も同様にＬｂ／２の整数倍とすることで、光信号を一定の偏波で出射させることができる。なお、溝５の幅は例えば十数μｍであって、８ｍｍ程度のビート長に比べて極めて小さいので、１／４波長板３１、３２の位置決めに際し、溝幅は無視できる。
【００８１】
本第８実施例では光減衰用の溝５が１つの場合について説明したが、複数の溝を同一のコア３に挿入形成した場合でも、各溝前後に１／４波長板を挿入することで、同様にＰＤＬを軽減することができる。この場合、各１／４波長板の位置を上記と同様にして決めることが望ましい。
【００８２】
［第９実施例］
次に、図示しないが、第９実施例の可変光減衰器を説明する。本第９実施例では、第８実施例と原理は全く同じであるが、導波路自体の複屈折を１／４波長板として利用することにより、伝播長の設定だけで、１／４波長板を用いずに同様の効果を実現している。
【００８３】
第８実施例で説明したように、ビート長ＬｂでＴＥモードとＴＭモード間に２πの位相差が生じるので、Ｌｂ／４の長さの伝播長は１／４波長板と同等であることが分かる。従って、本第９実施例では、平面型光回路がシリコン基板上に堆積したシリカ層で形成されている場合、シリカの平面型光回路のコア入力端と光減衰用の溝５との間の伝播長Ｌ、及び、光減衰用の溝５とコア出力端との間の伝播長Ｌをともに、
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とすることで、目的の偏波状態を達成できるＰＤＬの軽減効果を得ている。ちなみに、式（４）中のＮが０か偶数のときは左４５度傾斜の１／４波長板に対応し、Ｎが奇数のときは右４５度傾斜の１／４波長板に対応する。複屈折の効果を強めに見積もっている上記のビート長Ｌｂの算定でも、その値はＬｂ＝８ｍｍと比較的大きく、ＰＤＬ軽減の目的には数度の位相のずれは許容できるので、寸法的には１００μｍ程度のずれは許容され、加工精度的にも十分容易に達成できる。また、溝５の幅は例えば十数μｍであって、８ｍｍ程度のビート長に比べて極めて小さいので、溝５の位置決めに際し、溝幅は無視できる。
【００８４】
本第９実施例では光減衰用の溝５が１つの場合について説明したが、複数の溝を同一のコア３に挿入形成した場合でも、平面型光回路の入力端と各溝との伝播長、並びに、各溝と平面型光回路の出力端との伝播長を、それぞれ式（４）により設定することで、同様にＰＤＬを軽減することができる。
【００８５】
［第１０実施例］
本発明による可変光減衰器の第１０実施例では、図示しないが、石英基板上に堆積されたシリカ層に平面型光回路が形成され、この平面型光回路に本発明による可変光減衰器が構成されたものである。本第１０実施例の目的も、第７実施例〜第９実施例と同じく、ＰＤＬの軽減にある。
【００８６】
第７実施例及び第８実施例にて説明したように、平面型光回路がシリコン基板上のシリカから構成される場合は、材料間の熱膨張係数の違いが原因で、大きな減衰率を得る場合は、ＰＤＬが発生する。
【００８７】
しかし、本第１０実施例のように平面型光回路の基板が石英であれば、基板がシリカと同じ酸化ケイ素なので、添加物により完全に一致するわけではないが近しい熱膨張係数を持ち、コアに発生する複屈折はシリコン基板を用いた場合に比べて大幅に軽減する。そのため、本第１０実施例のように可変光減衰器を石英基板上のシリカからなる平面型光回路上に作製することにより、大きな減衰率の場合でもＰＤＬの発生を軽減できる。
【００８８】
［第１１実施例］
図１０は、本発明による可変光減衰器の第１１実施例の構造を表す平面図である。図１０中の符号で、２は平面型光回路、３はコア、５は光減衰用の溝、１２は透過側マイクロヒータ（加熱手段）、１３は減衰側マイクロヒータ（加熱手段）、３３は入力側の反射フィルタ（第１の反射フィルタ）、３４は出力側の反射フィルタ（第２の反射フィルタ）、３５は第１の分岐コア、３６は第２の分岐コア、３７はモニタ用光源チップ、３８はモニタ用光検出器チップを示している。溝５内には、一部分に液体６が、残りの部分に気体７が満たされている。光源チップ３７は通信用光信号とは異なる波長の光をモニタ光として出力する。
【００８９】
本第１１実施例では、光減衰を与える溝５を挟んでその前後の位置に、コア３を遮断するように、通信用光信号は透過させるが特定の波長の光（モニタ光）を反射する入力側の反射フィルタ３３と出力側の反射フィルタ３４を挿入し、また、メインのコア３のほかに、入力側の反射フィルタ３３を介してモニタ光をコア３に合波するため分岐コア３５と、出力側の反射フィルタ３４を介してモニタ光をコア３から分波する分岐コア３６を平面型光回路２に形成した構成となっている。更に、平面型光回路２の端に光源チップ３７と光検出器チップ３８を配置し、分岐コア３５で光源チップ３７と入力側の反射フィルタ３３を接続し、分岐コア３６で光検出器チップ３８と出力側の反射フィルタ３４を接続している。
【００９０】
反射フィルタ３３、３４としては、モニタ光に対してバンドストップするものを用いたり、通信用光信号よりも短波長のモニタ光を用いる場合はローパスフィルタを用いることができる。このような反射フィルタ３３、３４には誘電体多層膜フィルタが用いられる。分岐コア３５，３６も、反射フィルタ３３、３４を挿入するための挿入溝もフォトプロセスにより容易に作製できる。
【００９１】
本発明の可変光減衰器では、自己保持性のある実施例のものは除外するが、その減衰率を調整するには、実際の減衰率を、通過光の強度を何らかの手段でモニタし、その信号をフィードバックしてマイクロヒータ１２、１３等の液体移動手段を駆動する必要がある。通常は、通信用光信号をモニタし、フィードバック制御するが、このような場合は、通信用光信号の一部を犠牲にすることになる。
【００９２】
本第１１実施例では、モニタ光として通信用光信号とは異なる波長の光を用い、そのモニタ光のみを反射し、通信用光信号は通過させる反射フィルタ３３、３４を介してモニタ光の合波と分波を行うことにより、減衰率を通信光とは独立に調整することができる。つまり、光源チップ３７からのモニタ光を分岐コア３５と入力側の反射フィルタ３３を介してメインのコア３に合波して溝５に入射し、溝５を通過したモニタ光を出力側の反射フィルタ３４で分波して分岐コア３６を介して光検出器チップ３８に入射する。光源チップ３７から射出したモニタ光のレベルと、光検出器チップ３８で検出したモニタ光のレベルから、例えば図示しない制御装置により実際の減衰率を計算し、所望の減衰率となるように制御装置によりマイクロヒータ１２、１３等の液体移動手段をフィードバック制御することで、液体の位置を調整することができる。
【００９３】
［第１２実施例］
図１１は、本発明による可変光減衰器の第１２実施例の構造を表す平面図である。図１１中の符号で、２は平面型光回路、３はコア、５は光減衰用の溝、１０は入力側の溝壁面、１２は透過側マイクロヒータ（加熱手段）、１３は減衰側マイクロヒータ（加熱手段）、３９は分岐コア、４０は光検出器チップを示している。溝５内には、一部分に液体６が、残りの部分に気体７が満たされている。
【００９４】
本第１２実施例では、平面型光回路２のうち、コア３と光減衰を与える溝５とが接する箇所、例えば溝壁面１０に、溝壁面で反射した光信号が結合するように分岐コア３９を配置形成してある。また、平面型光回路２の端に光検出器チップ４０を配置し、分岐コア３９と光検出器チップ４０を接続している。本第１２実施例では、分岐コア３９はメインのコア３に対して直角に分岐している。分岐コア３９もフォトプロセスにより容易に作製できる。
【００９５】
本第１２実施例では、通信用光信号をメインのコア３から分岐コア３９で分波することにより、可変光減衰器の減衰率をフィードバック制御で調整できるようにしている。つまり、液体６の位置を調整して減衰を与えると、減衰を受けた光信号が溝壁面で反射して分岐コア３９に結合するので、その光量を光検出器チップ４０で検出し、例えば図示しない制御装置によりマイクロヒータ１２、１３等の液体移動手段を制御することで、減衰率の調整を行う。
【００９６】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本発明によれば、小型で高集積な可変光減衰器を提供することができる。
【００９７】
また、光減衰用の溝をコアに複数組み込んだ自己保持型の可変光減衰器では飛び飛びの減衰率をとることになるが、マトリクス光スイッチのパス依存損失を補償したり、ＥＤＦＡの増幅率の波長依存性の補償には数ｄＢ程度の比較的小さな減衰率の可変で十分であり、光スイッチ切り替えやＥＤＦＡの特性変動など頻繁な減衰率の調整が必要でないこれらの用途には十分な特性を呈し、また、無電力状態で減衰率を保持できるという効果がある。
【００９８】
また、連続的に減衰率を調整可能な可変光減衰器においても、加熱手段に要する消費電力は約５ｍＷ程度と少ない。
【００９９】
更に、本発明の可変光減衰器はフォトプロセスのみで作製することができるので、高い生産性を確保でき、廉価な可変光減衰器アレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可変光減衰器の第１実施例の構造を表す斜視図。
【図２】本発明による可変光減衰器の第２実施例における溝の構造を表す平面図。
【図３】本発明による可変光減衰器の第３実施例における溝の構造を表す平面図。
【図４】本発明による可変光減衰器の第４実施例の平面図。
【図５】本発明による可変光減衰器の第５実施例の平面図。
【図６】本発明による可変光減衰器の第６実施例における溝形状を表す平面図。
【図７】本発明による可変光減衰器の第７実施例におけるコア部分を表す断面図。
【図８】本発明による可変光減衰器の第７実施例の平面図。
【図９】本発明による可変光減衰器の第８実施例の構成を表す斜視図。
【図１０】本発明による可変光減衰器の第１１実施例の構成を表す平面図。
【図１１】本発明による可変光減衰器の第１２実施例の構成を表す平面図。
【符号の説明】
１  平面型光回路の基板
２  平面型光回路
３  のコア
３Ａ  入力側コア
３Ｂ  出力側コア
４  クラッド
５  光減衰用の溝
６  液体
７  気体
８  液体移動手段
９  蓋
１０、１１  コアと接する溝壁面
１２、１３  マイクロヒータ（加熱手段）
１４、１５  溝幅の狭い部分
１６、１７  溝幅の広い部分
１８、１９、２０、２１  溝幅の異なる複数の溝
１８Ａ、１９Ａ、２０Ａ、２１Ａ  個別に動作する加熱手段
２２、２３、２４、２５  角度の異なる複数の溝
２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ、２５Ａ  個別に動作する加熱手段
２６  楔形状の光減衰用の溝
２７  加熱手段
２８、２９  ＰＤＬ軽減用の溝
３０  コアの軸を表す線
３１、３２  １／４波長板
３３、３４  反射フィルタ
３５、３６  分岐コア
３７  モニタ用光源チップ
３８、４０  モニタ用光検出器チップ
３９  分岐コア
【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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