(57)【要約】【課題】低偏波依存損失特性を有する多チャンネル集積型の光可変減衰器を提供することにある。【解決手段】入力される光を減衰させて出力する光可変減衰回路２ａ〜ｎが形成された光導波路素子３を、パッケージ４４にマウントした光可変減衰器１において、光導波路素子３とパッケージ４４間に、高熱伝導部材５ａ，５ｂを、少なくとも２つ以上に分割して設けたものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される光を減衰させて出力する光可変減衰回路が形成された光導波路素子を、パッケージにマウントした光可変減衰器において、光導波路素子とパッケージ間に、高熱伝導部材を、少なくとも２つ以上に分割して設けたことを特徴とする光可変減衰器。
【請求項２】
上記高熱伝導部材は、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１記載の光可変減衰器。
【請求項３】
上記パッケージは、線膨張係数が１×１０−６以下の低熱膨張材質からなる請求項１または２記載の光可変減衰器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力された光を減衰させて出力する光可変減衰回路が形成された光導波路素子を、パッケージにマウントした光可変減衰器に係り、特に、高熱伝導部材を工夫して放熱特性を維持しつつ、偏波依存損失特性の低減化を図った光可変減衰器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光伝送容量の増加を図る有効な方式である波長分割多重伝送システム（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉ／ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が世界中で導入されている。これら長距離・大容量の光伝送システムにおいては、信号対雑音比を向上させるため、ラマンアンプと従来のエルビウムドープ光アンプ（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を組み合わせた新規な光アンプの実現と共に、伝送路全体にわたって増幅特性を均一に制御する光増幅技術が不可欠となる。
【０００３】
最近、このようなシステムに光可変減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）やダイナミック利得等化器などの新規デバイスを使用することの検討が進められている。
【０００４】
ＷＤＭにおいては、光信号の波長毎に利得分布を制御する必要があり、使用する波長数を１つのパッケージに集積化した光可変減衰器のデバイス化要求が高まりつつある。
【０００５】
従来の光可変減衰器として、図４に示すような多チャンネル集積型の光可変減衰器４１がある。光可変減衰器４１は、入力された光を減衰させて出力する多数の光可変減衰回路４２ａ〜ｎが集積形成された光導波路素子４３を、低膨張材質からなるパッケージ４４に、パッケージ４４内部の温度上昇による光減衰特性の劣化を引き起こさないように高熱伝導部材４５を介して接着剤でマウントし、パッケージ４４をカバー４６で保護したものである。高熱伝導部材４５の大きさは、光導波路素子４３の大きさと同じである。
【０００６】
光導波路素子４３は、石英基板４７上に光回路となるコア４８ａ〜ｎを形成し、石英基板４７とコア４８ａ〜ｎをクラッド４９で覆い、クラッド４９上に金属薄膜ヒータ５０ａ１，５０ａ２〜５０ｎ１，５０ｎ２を形成したものである。
【０００７】
各光可変減衰回路４２ａ〜ｎは、コア４８ａ〜ｎと金属薄膜ヒータ５０ａ１，５０ａ２〜５０ｎ１，５０ｎ２とからなっている。以下、図５により、光可変減衰回路４２ａを例に挙げて説明する。
【０００８】
コア４８ａは、一方の直線導波路５１ａと、光を分岐・合流する一方のＹ分岐導波路５２ａと、分岐された光を導くアーム導波路５３ａ１，５３ａ２と、光を分岐・合流する他方のＹ分岐導波路５４ａと、他方の直線導波路５５ａとからなっている。
【０００９】
直線導波路５１ａ，５５ａの端面には、光ファイバ５６ａ，５７ａがそれぞれ接続されている。金属薄膜ヒータ５０ａ１，５０ａ２は、アーム導波路５３ａ１，５３ａ２の上方となるクラッド４９上に、それぞれ形成されている。コア４８ａ〜ｎには、順にチャンネル番号ＣＨ１〜ＣＨｎが付けられている。
【００１０】
光可変減衰器４１では、外部より金属薄膜ヒータ５０ａ１，５０ａ２のいずれか一方または両方に電圧を印加してアーム導波路５３ａ１，５３ａ２のいずれか一方または両方を加熱し、アーム導波路５３ａ１，５３ａ２に温度差を発生させる。温度上昇に起因する熱光学効果によって両アーム導波路５３ａ１，５３ａ２の屈折率を変化させ、両アーム導波路５３ａ１，５３ａ２を伝搬する信号光間に位相差を与える。さらに位相差を有する信号光同士をいずれか一方のＹ分岐導波路で合流させることにより、結合率を下げて信号光の光強度を減衰させることができる。
【００１１】
また、この光可変減衰回路４２ａは、金属薄膜ヒータ５０ａ１，５０ａ２に印加する電圧を調整することにより減衰量を調節することができる。以上の説明は、他の光可変減衰回路４２ｂ〜ｎについても同様である。
【００１２】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００２−３３３６０１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の光可変減衰器４１は、金属薄膜ヒータ５０ａ１，５０ａ２で発生した熱が、アーム導波路５３ａ１，５３ａ２を加熱するに伴って、石英からなる光導波路素子４３内を拡散してパッケージ４４から放熱される。
【００１５】
ところが、低膨張材質からなるパッケージ４４は、熱伝導率が低いため熱が効率よく放熱されないので、パッケージ４４の温度上昇を防ぐ必要がある。
【００１６】
この問題を解決するため、従来の光可変減衰器４１は、上述したように、導波路素子４３とパッケージ４４間に、高熱伝導部材４５を設け、パッケージ４４の外部へ熱を効率よく放熱する構造となっている。
【００１７】
しかしながら、従来の光可変減衰器４１では、放熱効率を上げるために設けた高熱伝導部材４５と光導波路素子４３に、線膨張係数差がある（一般に、高熱伝導部材４５の方が光導波路素子４３よりも線膨張係数が大きい）。
【００１８】
そのため、光導波路素子４３を高熱伝導部材４５に接着固定した際に、光導波路素子４３に反りや収縮に起因する応力が発生する。したがって、コア４８ａ〜ｎに発生する応力分布が不均一となり、コア４８ａ〜ｎを伝搬する２つの直交した偏波モード（Ｘ偏波、Ｙ偏波）間の損失に差ができるため、大きな偏波依存性損失（ＰＤＬ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｌｏｓｓ）が発生するという問題がある。
【００１９】
さらに、多チャンネル集積された光導波路素子４３においては、光回路位置により応力状態が異なるため、図６に示すように、パッケージ４４実装後のＰＤＬの増加およびＰＤＬのチャンネル間ばらつきが発生してしまうという問題がある。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低偏波依存損失特性を有する多チャンネル集積型の光可変減衰器を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、入力される光を減衰させて出力する光可変減衰回路が形成された光導波路素子を、パッケージにマウントした光可変減衰器において、光導波路素子とパッケージ間に、高熱伝導部材を、少なくとも２つ以上に分割して設けた光可変減衰器である。
【００２２】
請求項２の発明は、上記高熱伝導部材は、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１記載の光可変減衰器である。
【００２３】
請求項３の発明は、上記パッケージは、線膨張係数が１×１０−６以下の低熱膨張材質からなる請求項１または２記載の光可変減衰器である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２５】
図１は、本発明の好適実施の形態である光可変減衰器の断面図を示したものである。
【００２６】
図１に示すように、本発明に係る多チャンネル集積型の光可変減衰器１は、主として波長分割多重伝送システム（ＷＤＭ）に用いられる光導波路型のデバイスである。
【００２７】
光可変減衰器１は、入力された光を熱光学効果により減衰させて出力する多数の光可変減衰回路２ａ〜ｎが集積形成された石英からなる矩形体状の光導波路素子３を、低膨張材質からなる箱状のパッケージ４４に、パッケージ４４内部の温度上昇による光減衰特性の劣化を引き起こさないように、２つに分割した矩形体状の高熱伝導部材５ａ，５ｂを介して接着剤でマウント（実装）し、パッケージ４４を板状のカバー４６で保護したものである。
【００２８】
光導波路素子３のパッケージ４４への実装は、例えば、パッケージ４４の内底面上に、高熱伝導部材５ａ，５ｂを接着剤で接着固定した後、その高熱伝導部材５ａ，５ｂ上に、光導波路素子３を接着剤で接着固定するようにしている。また、光導波路素子３の裏面に、高熱伝導部材５ａ，５ｂを接着剤で接着固定した後、パッケージ４４の内底面上に、これら光導波路素子３と高熱伝導部材５ａ，５ｂを接着剤で接着固定してもよい。
【００２９】
各高熱伝導部材５ａ，５ｂの外側面は、光導波路素子３の側面と一致している。各高熱伝導部材５ａ，５ｂの大きさは同じであり、光導波路素子３の半分以下の大きさである。すなわち、高熱伝導部材５ａ，５ｂは、互いに離間されて設けられている。したがって、光可変減衰器１では、高熱伝導部材５ａ，５ｂの内側面、光導波路素子３の裏面、パッケージ４４の内底面で囲まれた空間部６が区画形成されている。
【００３０】
光導波路素子３は、後述する金属薄膜ヒータ５０ａ１〜５０ｎ１を除き、石英からなっているので、熱伝導率が１．９Ｗ／ｍ・Ｋであり、線膨張係数が６×１０−７である。
【００３１】
高熱伝導部材５ａ，５ｂは、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。高熱伝導部材５ａ，５ｂとしては、窒化アルミニウムを使用している。窒化アルミニウムの熱伝導率は１４０Ｗ／ｍ・Ｋであり、線膨張係数は４．８×１０−６である。
【００３２】
熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導部材５ａ，５ｂを使用しているので、光導波路素子３からの熱をパッケージ４４の外部へ効率よく放熱することができ、光導波路素子３やパッケージ４４の温度上昇を防止できる。
【００３３】
パッケージ４４は、線膨張係数が１×１０−６以下の低熱膨張材質からなっている。パッケージ４４としては、例えば、Ｓ−Ｉｎｖａｒ（Ｎｉ鋼）を用いている。Ｓ−Ｉｎｖａｒの熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋである。カバー４６についても、Ｓ−Ｉｎｖａｒを用いている。
【００３４】
線膨張係数が１×１０−６以下の低熱膨張材質からなるパッケージ４４やカバー４６を用いているので、パッケージ４４やカバー４６の熱による変形を防ぐことができる。したがって、パッケージ４４にマウントされた光導波路素子３や、パッケージ４４と光導波路素子３間に設けられた高熱伝導部材５ａ，５ｂの変形や反りを防止できる。
【００３５】
光導波路素子３は、石英基板４７上に光回路となるコア４８ａ〜ｎを形成し、石英基板４７とコア４８ａ〜ｎをクラッド４９で覆い、クラッド４９上に金属薄膜ヒータ５０ａ１〜５０ｎ１を形成したものである。
【００３６】
各光可変減衰回路２ａ〜ｎは、コア４８ａ〜ｎと金属薄膜ヒータ５０ａ１〜５０ｎ１とからなっている。以下、図２により、光可変減衰回路２ａを例に挙げて説明する。
【００３７】
図２は、光導波路素子３の平面図を示したものである。
【００３８】
図２に示すように、コア４８ａは、一方の直線導波路５１ａと、光を分岐・合流する一方のＹ分岐導波路５２ａと、分岐された光を導くアーム導波路５３ａ１，５３ａ２と、光を分岐・合流する他方のＹ分岐導波路５４ａと、他方の直線導波路５５ａとからなっている。すなわち、コア４８ａは、１入力１出力形のマッハツェンダ干渉計光回路である。
【００３９】
直線導波路５１ａ，５５ａの端面である入出力ポートには、光ファイバ５６ａ，５７ａがそれぞれ接続されている。金属薄膜ヒータ５０ａ１は、アーム導波路５３ａ１の上方となるクラッド４９上に形成されている。金属薄膜ヒータは、アーム導波路５３ａ２の上方となるクラッド４９上に形成してもよく、アーム導波路５３ａ１，５３ａ２のどちらか一方の上方となるクラッド４９上に形成すればよい。コア４８ａ〜ｎには、順にチャンネル番号ＣＨ１〜ＣＨｎが付けられている。
【００４０】
光可変減衰器１では、外部より金属薄膜ヒータ５０ａ１に電圧を印加してアーム導波路５３ａ１を加熱し、アーム導波路５３ａ１，５３ａ２に温度差を発生させる。温度上昇に起因する熱光学効果によってアーム導波路５３ａ１の屈折率を変化させる。
【００４１】
この状態で光ファイバ５６ａから信号光を入力すると、入力された信号光は、直線導波路５１ａを伝搬し、Ｙ分岐導波路５２ａで分岐される。分岐された２つの信号光間には、アーム導波路５３ａ１，５３ａ２を伝搬する際、アーム導波路５３ａ１が加熱されて屈折率が変化しているので、位相差が生じる。さらに、位相差を有する分岐された２つの信号光は、Ｙ分岐導波路５４ａで合流（再結合）されることにより、結合率が下げられ、入力された光よりも光強度が減衰される。減衰した信号光は、直線導波路５５ａを伝搬して光ファイバ５７ａから出力される。これとは逆に、光ファイバ５７ａから信号光を入力しても、同様に減衰された信号光が光ファイバ５６ａから出力される。
【００４２】
また、この光可変減衰回路２ａは、金属薄膜ヒータ５０ａ１に印加する電圧を調整することにより減衰量を調節することができる。以上の説明は、他の光可変減衰回路２ｂ〜ｎについても同様である。
【００４３】
本実施の形態の作用を説明する。
【００４４】
光可変減衰器１では、金属薄膜ヒータ５０ａ１で発生した熱が、アーム導波路５３ａ１を加熱するのに伴って、石英からなる光導波路素子３内を拡散してパッケージ４４から外部へ放熱される。このとき、低膨張材質からなるパッケージ４４では、熱伝導率が低いため熱が効率よく放熱されないが、光導波路素子３とパッケージ４４間に、２つに分割された高熱伝導部材５ａ，５ｂを設けることにより、光可変減衰器１の全体における放熱効率が上がるので、熱をパッケージ４４の外部へ効率よく放熱することができる。
【００４５】
また、光可変減衰器１は、高熱伝導部材５ａと高熱伝導部材５ｂ間に、空間部６が形成されているので、図５で説明した従来の光可変減衰器４１と比べて通気性がよくなり、空間部６によって空冷効果が高まり、金属薄膜ヒータ５０ａ１で発生した熱をパッケージ４４の外部へさらに効率よく放熱することができる。
【００４６】
さらに、２つに分割された高熱伝導部材５ａ，５ｂは、その大きさが光導波路素子３の半分以下と小さいので、従来の光可変減衰器４１の高熱伝導部材４５と比べて応力が発生しにくく、曲がりにくい。すなわち、高熱伝導部材５ａ，５ｂと光導波路素子３には、線膨張係数差があるものの、光導波路素子３を高熱伝導部材５ａ，５ｂに固定した際に、光導波路素子３に反りや収縮に起因する応力がほとんど発生しない。
【００４７】
したがって、コア４８ａ〜ｎに発生する応力分布が均一となり、コア４８ａ〜ｎを伝搬する２つの直交した偏波モード（Ｘ偏波、Ｙ偏波）間の損失に差がほとんどなく、偏波依存性損失（ＰＤＬ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｌｏｓｓ）もほとんど発生しない。
【００４８】
さらに、多チャンネル集積された光導波路素子３においては、光回路位置により応力状態が異なるが、光導波路素子３をパッケージ４４に実装しても、ＰＤＬの増加およびＰＤＬのチャンネル間ばらつきがほとんど発生しない。
【００４９】
図３は、光可変減衰器１のチャンネル間の偏波依存損失特性を示す図である。図３では、８チャンネル集積型の光可変減衰器１において、横軸をチャンネル番号（ＣＨ  Ｎｏ．）にとり、縦軸をＰＤＬ（ｄＢ）にとって、パッケージ実装前のＰＤＬ特性を黒菱形プロットの実線で、パッケージ実装後のＰＤＬ特性を黒四角プロットの点線でそれぞれ示している。
【００５０】
図３に示すように、パッケージ実装後のＰＤＬの値は、最大約０．３４ｄＢ、最小約０．２ｄＢとなっており、パッケージ実装前後において、ほとんど増加していないことがわかる。各ＣＨ間のＰＤＬのばらつきも０．２ｄＢ以下と非常に低く、低ＰＤＬでばらつきの少ない多チャンネル集積型の光可変減衰器１を実現できたことがわかる。
【００５１】
このように、本発明に係る光可変減衰器１によれば、アーム導波路５３ａ１の上方となるクラッド４９上に形成した金属薄膜ヒータ５０ａ１で発生した熱が、高熱伝導率部材５ａ，５ｂを介してパッケージ４４の外部へ効率よく放熱される放熱特性を維持したまま、低偏波依存性損失特性の導波路型光可変減衰器を１つの光導波路素子３上に多チャンネル集積化することができる。
【００５２】
本実施の形態では、光導波路素子３とパッケージ４４間に、２つに分割された高熱伝導部材５ａ，５ｂを設けた例で説明したが、高熱伝導部材の分割数は特に限定されるものではなく、光導波路素子３とパッケージ４４間に、３つ以上に分割された高熱伝導部材を設けてもよい。
【００５３】
上記実施の形態では、光可変減衰回路２ａとして、アーム導波路５３ａ１，５３ａ２のどちらか一方の上方となるクラッド４９上に、金属薄膜ヒータを形成した例で説明したが、光可変減衰回路２ａとしては、双方のアーム導波路５３ａ１，５３ａ２の上方となるクラッド４９上に、金属薄膜ヒータをそれぞれ形成してもよい。つまり、光可変減衰回路２ａ〜ｎの代わりに、図５で説明した光可変減衰回路４２ａ〜ｎを使用してもよい。
【００５４】
また、光可変減衰回路としては、これら光可変減衰回路２ａ〜ｎや光可変減衰回路４２ａ〜ｎに限られるものではなく、入力される光を熱光学効果により減衰させて出力するものであれば、いかなるものを用いてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００５６】
（１）低偏波依存損失特性の導波路型光可変減衰器を１つの光導波路素子上に多チャンネル集積化した多チャンネル集積型の光可変減衰器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１に示した光導波路素子の平面図である。
【図３】図１に示した光可変減衰器の偏波依存損失特性を示す図である。
【図４】従来の光可変減衰器の断面図である。
【図５】図４に示した光導波路素子の平面図である。
【図６】図４に示した光可変減衰器の偏波依存損失特性を示す図である。
【符号の説明】
１  光可変減衰器
２ａ〜ｎ  光可変減衰回路
３  光導波路素子
５ａ，５ｂ  高熱伝導部材
４４  パッケージ
４６  カバー
４８ａ〜ｎ  コア
４９  クラッド
５０ａ１〜５０ｎ１  金属薄膜ヒータ
【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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