(57)【要約】【課題】光通信で用いられる波長１．３３μｍ，１．５５μｍ帯で使用可能な、電気制御により任意の光減衰量を得られる可変光減衰器の消費電力を、従来より低くする。【解決手段】半導体から構成されたリブ型導波路を構成しているコア１０３一部に曲部１１１，１１２を設け、曲部１１１，１１２において、ｐ形半導体領域（ｐ形キャリア供給部）１０５ａ，１１５ｂとｎ形半導体領域（ｎ形キャリア供給部）１０６ａ，１０６ｂの対を設ける。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッド層、及びこのクラッド層の上に延在する凸部を含むコアから構成された半導体からなるリブ型導波路と、
前記コアを挟むように前記クラッド層に設けられたｐ形キャリア供給部及びｎ形キャリア供給部と
を備え、
前記リブ型導波路は、前記クラッド層の平面内で前記凸部の延在方向が所定の曲半径で変更されている曲部を有し、
前記ｐ形キャリア供給部及びｎ形キャリア供給部は、前記リブ型導波路の前記曲部に形成された
ことを特徴とする可変光減衰器。
【請求項２】
請求項１記載の可変光減衰器において、
前記半導体はシリコンであり、
前記ｐ形キャリア供給部は、ｐ形不純物が導入された領域であり、
前記ｎ形キャリア供給部は、ｎ形不純物が導入された領域である
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、電圧印加で容易に光の減衰を行える可変光減衰器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：狭帯域波長分割多重）システム等では、例えばＥＤＦＡ（Ｅｒ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：Ｅｒドープ光ファイバアンプ）を利用して光ファイバを伝送する光信号を増幅するとともに、光ファイバを伝送する信号光を任意の光強度に減衰させる技術も必要である。
【０００３】
信号光を減衰させる可変光減衰器として、リブ型導波路を用いたものが実用化されている（非特許文献１）。これは、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の上に形成されたリブ型導波路の一部に、リブ（コア）を挟むようにｐ形不純物が導入されたｐ形半導体領域とｎ形不純物が導入されたｎ形半導体領域とを設け、ＰＩＮ構造としたものである。この可変光減衰器では、リブの一部に設けられたＰＩＮ構造に、順方向電流を流すことで自由キャリアを発生させ、リブを導波する信号光を減衰させようとしたものである。
【０００４】
図２は、上述した従来よりある可変光減衰器の構成を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。この可変光減衰器は、例えば石英などの絶縁基板からなるアンダークラッド２０１に形成されたシリコン層２０２に、リッジを形成してコア２０３としている。リブ型導波路は、スラブ導波路とリッジ導波路を組み合わせたものであり、シリコン層２０２の凸部（リッジ）とこの下のスラブとで、コア２０３が構成されている。コア２０３のスラブの部分は、シリコン層２０２に形成されたクラッド層２０４の中に埋設した状態となっている。
【０００５】
図２に示すように、コア２０３は、クラッド層２０４より厚く形成されており、コア２０３の有効屈折率がクラッド層２０４の有効屈折率より相対的に大きなものとなっている。この有効屈折率の差により、コア２０３に光を閉じ込めることが可能となり、コア２０３が導波路として機能する。コア２０３は、例えば、幅４μｍ高さ４μｍ程度に形成され、クラッド層２０４は厚さ２μｍ程度に形成されている。このようなリブ型の導波路を導波する光は、コア２０３の部分に最大強度を持ち、クラッド層２０４に数μｍ程度広がった状態で伝搬していく。
【０００６】
また、図２の可変光減衰器は、リブ型のコア２０３の一部の両脇のクラッド層２０４に、ｐ形不純物導入部２０５，ｎ形不純物導入部２０６を形成したものである。なお、ｐ形不純物導入部２０５，ｎ形不純物導入部２０６には、各々金属パッド２０７，２０８が接続されている。ｐ形不純物導入部２０５，ｎ形不純物導入部２０６は、リブ型導波路内を導波する光の強度が大きくなる部分、すなわち光が強く閉じ込められるコア２０３の部分から離れている。従って、リブ型導波路を導波する光が、ｐ形不純物導入部２０５，ｎ形不純物導入部２０６により減衰されることがない。
【０００７】
上述した可変光減衰器では、金属パッド２０７から金属パッド２０８に電流が流れるようにこれらに電圧を印加することで、コア２０３からなる導波路を導波する光を減衰させることができる。上述したように電圧を印加することで、印加した電圧に応じ、ｐ形不純物導入部２０５からは正孔が、ｎ形不純物導入部２０６からは電子が、コア２０３に対して侵入し、これら侵入した自由キャリアが、コア２０３を伝播する光を吸収・減衰させる。このとき、自由キャリアが侵入したコア２０３の部分では、屈折率が減少することも知られている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−１３６７３５号公報
【非特許文献１】
”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＰＩＥ”　Ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．　ｖｏｌ４２９３，ｐ１−９（２００１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、電力を必要とする複数の素子が高密度に集積されている光集積回路に、上述した従来の可変光減衰器を組み合わせようとすると、回路全体の消費電力が大きくなるという問題があった。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、光通信で用いられる波長１．３３μｍ，１．５５μｍ帯で使用可能な、電気制御により任意の光減衰量を得られる可変光減衰器の消費電力を、従来より低くすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る可変光減衰器は、クラッド層、及びこのクラッド層の上に延在する凸部を含むコアから構成された半導体からなるリブ型導波路と、コアを挟むようにクラッド層に設けられたｐ形キャリア供給部及びｎ形キャリア供給部とを備え、リブ型導波路は、クラッド層の平面内で凸部の延在方向が所定の曲半径で変更されている曲部を有し、ｐ形キャリア供給部及びｎ形キャリア供給部は、リブ型導波路の曲部に形成されたものである。
【００１１】
一般に、導波路に曲部を設ける場合、導波路を伝搬する光が曲部で放射しないように、コアとクラッドとの屈折率差を充分にとるようにしている。
これに対し、上記可変光減衰器によれば、曲部において、ｐ形キャリア供給部とｎ形キャリア供給部との間にこの方向に電流が流れるように電圧を印加すると、コアにおいて光が吸収されるようになり、加えて、コアの屈折率が低下して光の放射損失が増加する。
【００１２】
上記可変光減衰器において、例えば、半導体はシリコンであればよく、また、ｐ形キャリア供給部は、ｐ形不純物が導入された領域であり、ｎ形キャリア供給部は、ｎ形不純物が導入された領域であればよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における可変光減衰器の構成を示す平面図（ａ）と、部分断面図（ｂ）である。この可変光減衰器は、まず、例えば石英などの絶縁基板からなるアンダークラッド１０１の上に形成されたシリコン層１０２に、リブ型導波路を構成するコア１０３を備えている。リブ型導波路は、スラブ導波路とリッジ導波路を組み合わせたものであり、シリコン層１０２の凸部（リッジ）とこの下のスラブとで、コア１０３が構成されている。
【００１４】
従って、コア１０３のスラブの部分は、シリコン層１０２に形成されたクラッド層１０４の中に埋設した状態となっており、コア１０３の下部は、両側面がクラッド層１０４に接した状態となっている。
また、本可変光減衰器では、導波路の途中に２箇所の曲部１１１，１１２が形成されている。曲部１１１のクラッド層１０４には、ｐ形不純物が導入されたｐ形半導体領域（ｐ形キャリア供給部）１０５ａとｎ形不純物が導入されたｎ形半導体領域（ｎ形キャリア供給部）１０６ａとが、コア１０３を挟むようにコア１０３より所定距離離れて形成されている。
【００１５】
同様に、曲部１１２のクラッド層１０４には、ｐ形不純物が導入されたｐ形半導体領域１０５ｂとｎ形不純物が導入されたｎ形半導体領域１０６ｂとが、コア１０３を挟むようにコア１０３より所定距離離れて形成されている。１つの曲部において１つの可変光減衰器が構成されている。
なお、ｐ形半導体領域１０５ａ，ｎ形半導体領域１０６ａには、各々金属パッド１０７ａ，１０８ａが接続して形成されている。同様に、ｐ形半導体領域１０５ｂ，ｎ形半導体領域１０６ｂには、各々金属パッド１０７ｂ，１０８ｂが接続して形成されている。
【００１６】
本可変光減衰器では、例えば、曲部１１１において、金属パッド１０７ａから金属パッド１０８ａに電流が流れるようにこれらに電圧を印加することで、印加した電圧に応じ、ｐ形半導体領域１０５ａからは正孔が、ｎ形半導体領域１０６ａからは電子が、コア１０３に対して侵入する。これら侵入した自由キャリアが、コア１０３を伝播する光を吸収するとともに、コア１０３の屈折率を変化させる。
【００１７】
上述したように電圧を印加した状態では、コア１０３が、この両側のクラッド層１０４より、自由キャリアの濃度が高くなる。この結果、曲部１１１では、光が吸収されるとともに、コア１０３とクラッド層１０４との間の有効屈折率差が小さくなり、放射損失が発生するようになる。このように、本実施の形態の可変光減衰器によれば、ｐ形半導体領域１０５ａ，コア１０３，ｎ形半導体領域１０６ａからなるＰＩＮ構造における、光減衰効果に加え、曲部１１１での放射損失により、導波する光を減衰させることができる。
従って、本実施の形態によれば、上記ＰＩＮ構造に印加する電圧を小さくしても、従来と同様な減衰効果が得られるようになり、従来より消費電力を低くすることが可能となる。なお、これらのことは、曲部１１２においても同様である。
【００１８】
ここで、上述した本実施の形態の可変光減衰器は、入射端１１３より入射した信号光が、コア１０３からなる導波路を導波して出射端１１４より出射できるように、コア１０３とアンダークラッド１０１との有効屈折率差が設計される。リブ型導波路の場合、コア１０３からなるリブの厚さと幅とを変化させることで、有効屈折率が制御できる。なお、シリコンからなるリブ型導波路では、コア幅４μｍ，コアの高さ４μｍ，クラッド層の厚さ２μｍとした場合、有効屈折率差は、０．５％以下である。
【００１９】
加えて、コア１０３からなる導波路を導波する信号光が、曲部１１１，１１２で放射されずに導波するように、曲部１１１，１１２の曲げ半径が設計される。
光減衰器を動作させる範囲で、曲部１１１，１１２のＰＩＮ構造に印加する電圧の大きさとコア１０３におけるキャリア密度から、屈折率の変化量を算出し、この算出結果からコア１０３とクラッド層１０４との間の有効屈折率差を算出する。算出した有効屈折率差から、電圧を印加しない場合に曲部１１１，１１２での放射損失が無く、電圧を印加した場合には曲部１１１，１１２で放射損失が発生するように、曲部１１１，１１２の曲げ半径を決定する。
【００２０】
実質的には、自由キャリアの密度増加に伴う吸収率の増加もあるので、屈折率変化による放射損失以上に、光が減衰される。ここで、コア１０３の単位長さ当たりの吸収率を計算し、この計算結果を基に、電圧を印加したときの減衰量を制御するようにしてもよい。また、図１に示す可変光減衰器を作製してから、印加した電圧と減衰量とを測定してこれらの相関を求め、求めた相関により減衰量を制御するようにしてもよい。
【００２１】
また、ｐ形半導体領域１０５ａ，ｎ形半導体領域１０６ａ，ｐ形半導体領域１０５ｂ，及びｎ形半導体領域１０６ｂの導波方向の長さを長くするほど、曲部１１１，１１２における光の減衰量を多くすることができる。また、１つの曲部において、要求される光減衰量とＰＩＮ構造の特性とによって、複数のｎ形半導体領域，ｐ形半導体領域の対を配置するようにしてもよい。このことによっても、曲部における光の減衰量を多くすることができる。また、複数のｎ形半導体領域，ｐ形半導体領域の対を配置し、これらを選択的に用いることで、放射損失が最も大きくなる最適な配置を決定することが可能となる。
【００２２】
また、放射した光が出射端あるいは出射端側に配置されている光機能素子に影響を与えないように、ｎ形半導体領域，ｐ形半導体領域の対を配置する曲部は、出射端側に配置するようにした方がよい。なお、図１は、入射端１１３，出射端１１４を、各々出射端，入射端とした場合でも同様に機能するように、２つの可変光減衰器を配置した例を示している。
【００２３】
ただし、曲部と出射端側の直線導波路１１５との接合部分に近い領域にｎ形半導体領域，ｐ形半導体領域の対を配置すると、曲部の対が配置された箇所より放射された光は、導波路のコアに平行あるいは非常に小さな角度をもって出射端１１４側に伝搬する。従って、ｎ形半導体領域，ｐ形半導体領域の対の配置は、充分に考慮して決定した方がよい。
【００２４】
また、曲部、及び曲部におけるｎ形半導体領域，ｐ形半導体領域の対の配置位置は、放射された光が出射端に影響を及ぼさない位置がよい。例えば、放射された光が、入射端と出射端を結んだ直線と垂直な方向に放射される状態とするのがよい。
なお、上述した実施の形態では、半導体としてシリコンを用いた例を示したが、これに限るものではなく、化合物半導体などの他の半導体であっても同様である。また、ｐ形及びｎ形のキャリア供給部は、クラッド層と同一の屈折率を有する他の半導体から構成するようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、半導体から構成されたリブ型導波路の一部に曲部を設け、この曲部において、ｐ形キャリア供給部とｎ形キャリア供給部との対を設けるようにした。このため、曲部において、ｐ形キャリア供給部とｎ形キャリア供給部との間にこの方向に電流が流れるように電圧を印加すると、コアにおいて光が吸収されるようになり、加えて、コアの屈折率が低下して光の放射損失が発生するようになる。この結果、本発明によれば、光通信で用いられる波長１．３３μｍ，１．５５μｍ帯で使用可能な、電気制御により任意の光減衰量を得られる可変光減衰器の消費電力を、従来より低くできるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における可変光減衰器の構成例を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図２】従来よりある可変光減衰器の構成例を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１０１…アンダークラッド、１０２…シリコン層、１０３…コア、１０４…クラッド層、１０５ａ，１０５ｂ…ｐ形半導体領域（ｐ形キャリア供給部）、１０６ａ，１０６ｂ…ｎ形半導体領域（ｎ形キャリア供給部）、１０７ａ，１０７ｂ…金属パッド、１０８ａ，１０８ｂ…金属パッド、１１１，１１２…曲部、１１３…入射端、１１４…出射端、１１５…直線導波路。
【図１】
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【図２】
2004145184.tif 000004