(57)【要約】　　　（修正有）【課題】偏波依存性が極めて小さい導波路型光減衰器を提供する。【解決手段】基板１０上に、入力用光導波路１１ａ，１１ｂと、第一の光カプラ１２と、第一の光導波路対１３ａ，１３ｂと、第二の光カプラ１４と、第二の光導波路対１５ａ，１５ｂと、第三の光カプラ１６と、第三の光導波路対１７ａ，１７ｂと、第四の光カプラ１８と、出力用光導波路１９ａ，１９ｂとを備え、前記第一の光導波路対、第二の光導波路対、第三の光導波路対がそれぞれ可変位相調整手段２０，２２，２３を備えており、前記第一の光導波路対及び前記第三の光導波路対が複屈折調整手段２１，２４を備えていることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
2004132999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、入力用光導波路と、前記入力用光導波路に接続された第一の光カプラと、前記第一の光カプラに接続された第一の光導波路対と、前記第一の光導波路対に接続された第二の光カプラと、前記第二の光カプラに接続された第二の光導波路対と、前記第二の光導波路対に接続された第三の光カプラと、前記第三の光カプラに接続された第三の光導波路対と、前記第三の光導波路対に接続された第四の光カプラと、前記第四の光カプラに接続された出力用光導波路とを備え、前記第一の光導波路対、第二の光導波路対、第三の光導波路対がそれぞれ可変位相調整手段を備えており、前記第一の光導波路対及び前記第三の光導波路対が複屈折調整手段を備えていることを特徴とする導波路型光減衰器。
【請求項２】
請求項１に記載の導波路型光減衰器において、前記複屈折調整手段が、光導波路対の少なくとも一方の光導波路の導波路幅の一部分を変化することにより実現されていることを特徴とする導波路型光減衰器。
【請求項３】
請求項１に記戟の導波路型光減衰器において、前記複屈折調整手段が、光導波路対の少なくとも一方の光導波路に光照射を行って実現していることを特徴とする導波路型光減衰器。
【請求項４】
請求項１，２又は３に記載の導波路型光減衰器において、光の波長をλとするとき、前記第一の光導波路対、前記第二の光導波路対、前記第三の光導波路対の光路長差が、それぞれλ／４、λ／２、λ／４と設定されていることを特徴とする導波路型光減衰器。
【請求項５】
請求項１，２，３又は４に記載の導波路型光減衰器において、前記第一の光導波路対に備える前記可変位相調整手段が与える位相調整量と、前記第三の光導波路対に備える前記可変位相調整手段が与える位相調整量とが、互いに等しいことを特徴とする導波路型光減衰器。
【請求項６】
請求項１，２，３，４又は５に記載の導波路型光減衰器において、前記第一の光導波路対が備える前記複屈折調整手段が与える複屈析調整量と、前記第三の光導波路対が備える前記複屈折調整手段が与える複屈折調整量とが、互いに等しいことを特徴とする導波路型光減衰器。
【請求項７】
請求項１，２，３，４，５又は６に記載の導波路型光減衰器において、前記第一、第二、第三及び第四の光カプラが方向性結合器であることを特徴とする導波路型光減衰器。
【請求項８】
請求項１，２，３，４，５，６又は７に記載の導波路型光減衰器において、前記光導波路がシリコン基板乃至石英基板上に形成された石英系光導波路であり、前記位相調整手段が熱光学位相変調器であることを特徴とする導波路型光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号レベルを調整するための導波路型光減衰器に関し、更に詳細には偏波無依存な導波路型光減衰器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号レベルを調整する光減衰器は、光通信システムにおいて基本となる光部品である。
近年の波長多重光通信の多チャンネル化に伴い、各波長チャネルの光信号レベルを揃えて信号品質劣化を防ぐ光減衰器の要求は大きく高まっている。
特に、このような波長多重光通信では波長チャネル毎に光減衰器が必要であるため、小型で信頼性に優れた導波路型光減衰器への期待が高まっている。
【０００３】
従来の導波路型光減衰器の構成を図５に示す。
基板１００上に、入力用光導波路１０１、光カプラ１０２、光導波路対１０３ａ及び１０３ｂ、光カプラ１０４、出力用光導波路１０５が備えられており、光導波路対の一方の光導波路１０３ａ上には薄膜ヒータ１０６が備えられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
この構成で入力用光導波路１０１に光信号を入力し、薄膜ヒータ１０６に電力を印加して加熱すると、薄膜ヒータ下部の光導波路が加熱されて光位相が変調され、光カプラ１０４での干渉条件が変わって、出力用光導波路１０５ｂで得られる光強度が調整できる。
【０００５】
【非特許文献１】
岡本勝就著、「光導波路の基礎」７．７節、ｐ２９２〜２９５、コロナ社、１９９２年
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の導波路型光減衰器では、薄膜ヒータ１０６による位相シフト量の偏波依存性、光カプラ１０２，１０４の偏波依存性、光導波路対１０３ａ，１０３ｂの光路長差の偏波依存性などの原因によって、光減衰量が偏波依存性損失（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｌｏｓｓ；ＰＤＬ）を有する問題があった。
【０００７】
従来の導波路型光減衰器の偏波依存性損失の一例を図６に示す。
図６に示すように、光減衰量を大きくする（光出力を小さくする）と、偏波依存性損失が大きくなることが分かる。
このような偏波依存性損失により光減衰量に偏波依存性があると、光信号の偏波状態が変化する毎に光出力レベルが変動することになり、光信号品質の劣化を招く。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の導波路型光減衰器は、基板上に、入力用光導波路と、前記入力用光導波路に接続された第一の光カプラと、前記第一の光カプラに接続された第一の光導波路対と、前記第一の光導波路対に接続された第二の光カプラと、前記第二の光カプラに接続された第二の光導波路対と、前記第二の光導波路対に接続された第三の光カプラと、前記第三の光カプラに接続された第三の光導波路対と、前記第三の光導波路対に接続された第四の光カプラと、前記第四の光カプラに接続された出力用光導波路とを備え、前記第一の光導波路対、第二の光導波路対、第三の光導波路対がそれぞれ可変位相調整手段を備えており、前記第一の光導波路対及び前記第二の光導波路対が複屈折調整手段を備えていることを特徴としている。
【０００９】
この複屈折調整手段としては、光導波路対の一方の光導波路の導波路幅の一部分を変化することにより、或いは、光導波路対の一方の光導波路に光照射を行うことにより、実現できる。
【００１０】
また、光の波長をλとするとき、第一の光導波路対、第二の光導波路対、第三の光導波路対の光路長差を、それぞれλ／４、λ／２、λ／４と設定することができる。
【００１１】
また、第一の光導波路対に備える可変位相調整手段が与える位相調整量と、第三の光導波路対に備える可変位相調整手段が与える位相調整量とを、互いに等しくすることができる。
【００１２】
また、第一の光導波路対が備える複屈折調整手段が与える複屈析調整量と、第三の光導波路対が備える複屈折調整手段が与える複屈折調整量とを、互いに等しくすることができる。
【００１３】
また、第一、第二、第三及び第四の光カプラを方向性結合器とすることができる。
【００１４】
また、光導波路をシリコン基板乃至石英基板上に形成された石英系光導波路とし、位相調整手段を熱光学位相変調器とすることができる。
【００１５】
【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。
但し、説明の反復を避けるために、図中では同じ機能を有する光学回路には同じ番号を付与している。
また、以下の説明では、光導波路は石英系光導波路であり、可変位相調整手段は導波路上に形成された薄膜ヒータによる熱光学位相変調器であるとする。
【００１６】
これは、この組み合わせが安定で信頼性に優れた導波路型光減衰器を実現できるからである。
しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではなく、他の光導波路、他の位相調整手段を用いても勿論構わない。
【００１７】
［実施形態］
本発明の実施形態に係る導波路型光減衰器の構成を図１に示す。
シリコン基板上１０上には、入力用光導波路１１ａ及び１１ｂ、第一の光カプラ１２、第一の光導波路対１３ａ及び１３ｂ、第二の光カプラ１４、第二の光導波路対１５ａ及び１５ｂ、第三の光カプラ１６、第三の光導波路対１７ａ及び１７ｂ、第四の光カプラ１８、出力用光導波路１９ａ及び１９ｂがこの順に接続されており、第一の光導波路対の一方の光導波路１３ａ、第二の光導波路対の一方の光導波路１５ａ、第三の光導波路対の一方の光導波路１７ａにはそれぞれ可変位相調整手段として薄膜ヒータ２０，２２，２３がそれぞれ備えられている。
【００１８】
また、第一の光導波路対の他方の光導波路１３ｂ及び第三の光導波路対の他方の光導波路１７ｂには、光導波路幅を広くした箇所２１及び２４が設けられており、これが複屈折調整手段として機能している。
ここで、本発明の実施形態に係る導波路型光減衰器では、薄膜ヒータ２０，２２，２３が光導波路対の一方の導波路１３ａ，１５ａ，１７ａに備えられているとした。
しかしながら、これはそれぞれ光導波路対の他方の導波路１３ｂ，１５ｂ，１７ｂに備えられていても構わないし、光導波路対の両方の導波路１３ａ及び１３ｂ，１５ａ及び１５ｂ，１７ａ及び１７ｂにそれぞれ備えられていても勿論構わない。
【００１９】
また、本発明の実施形態に係る導波路型光減衰器では、複屈折調整手段２１及び２４が光導波路対の一方の導波路１３ｂ，１７ｂに備えられているとした。
しかしながら、これはそれぞれ１３ａ，１７ａに備えられていても構わないし、光導波路対の両方の導波路１３ａ及び１３ｂ，１７ａ及び１７ｂにそれぞれ備えられていても勿論構わない。
【００２０】
また、本発明の実施形態に係る導波路型光減衰器では、入力用光導波路１１ａを用い、出力用光導波路１９ｂを用いるとした。
これは、この構成が消光比に優れた導波路型光減衰器を提供できるからである。
しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、例えば入力用光導波路１１ｂを用い、出力用光導波路１９ａを用いるとしても数学的には等価であるし、また応用によっては入力用光導波路１１ａを用い、出力用光導波路１９ａを用いても、或いは入力用光導波路１１ｂを用い、出力用光導波路１９ｂを用いても良い。
【００２１】
また、本発明の実施形態に係る導波路型光減衰器では、光カプラ１２，１４，１６は全て方向性結合器であるとした。
これは、この構成が低損失な導波路型光減衰器を提供できるからである。
しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、光カプラとして多モード干渉光カプラやＹ分岐を用いても、或いは他の光合分岐回路を用いても勿論構わない。
【００２２】
また、本発明の実施形態に係る導波路型光減衰器では、光導波路対１３ａ及び１３ｂに光波長の四分の一の光路長差を与え、光導波路対１５ａ及び１５ｂに光波長の二分の一の光路長差を与え、光導波路対１７ａ及び１７ｂに四分の一の光路長差を与えた。
これは、この構成が、消費電力が小さく停電時に光が全通過となる導波路型光減衰器を提供できるからである。
しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、光導波路対１３ａ及び１３ｂ，１５ａ及び１５ｂ，１７ａ及び１７ｂの光路長差はどのような値であっても構わない。
【００２３】
更に、本発明の実施形態に係る導波路型光減衰器では、複屈折調整手段２１及び２４によって、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の間に０．２ｒａｄの位相差を与えるとした。
これは、この構成が損失が小さく調整が容易な導波路型光減衰器を提供できるからである。
しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、複屈折調整量は０．２ｒａｄ以外の値でももちろん構わないし、複屈折調整手段２１及び２４によって付与される複屈折調整量は別々の値でも、本発明の請求範囲を逸脱するものではない。
【００２４】
次に、図及び式を用いて、本発明の実施形態に係る導波路型光減衰器の動作について説明する。
ここで、以下の説明では、薄膜ヒータ２０及び２３へは同じだけの電力を印加するとした。
これは、このようにすると制御が簡単な導波路型光減衰器を提供できるからである。
しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、薄膜ヒータ２０と薄膜ヒータ２３へ異なる電力を印加しても、同様の効果を得ることができる。
さて、入力用光導波路１１ａに光信号を入力し、出力用光導波路１９ｂから光信号を取り出すとすると、このときのＴＥ偏光及びＴＭ偏光に対する光減衰量αＴＥ及びαＴＭは次式で与えられる。
【００２５】
【数１】
2004132999.tif 000003
【００２６】
ここで、ψは薄膜ヒータ２０及び２３における位相調整量を表す変数であり、Δは複屈折調整手段２１及び２４における複屈振調整量を表す定数であり、θは薄膜ヒータ２２における位相調整量を表す変数であり、φＴＥ及びφＴＭは第二の光導波路対１５における複屈折量を表す定数であり、ｋは薄膜ヒータでの位相調整量の偏波依存性を表す定数である。
即ち、式（１）において、変数はψとθの二つであり、式の数も二つであるので、この連立方程式を解くことで、所望の光減衰量αに対して、偏波依存性のない（α＝αＴＥ＝αＴＭである）ψとθの組み合わせを求めることができる。
【００２７】
このように各光減衰量に対してψ及びθを最適化したときの、本発明の実施形態に係る光減衰器の偏波依存性損失を図２に示す。
図２に示すように、光減衰量を３０ｄＢという大きな値にしても、偏波依存性損失は０．１ｄＢ以内に十分収まっていることが分かる。
このときのψ及びθの値を光減衰量の関数として図３に示す。
【００２８】
図３に示すように、光減衰量を１０ｄＢとしたい時、薄膜ヒータ２０，２３で位相シフト量ψ＝約０．６ｒａｄとなるようにし、薄膜ヒータ２２でθ＝約２．３ｒａｄとなるようにしてバランスをとれば、光減衰量１０ｄＢを実現させる事が出来た。
従来の光減衰器と比較して、本発明の実施形態の光減衰器における消費電力は約７０％の増加であった。
【００２９】
［第１実施形態の変形］
本発明の実施形態の変形に係る導波路型光フィルタの構成を図４に示す。
本実施例は、図１に示した構成において、基板１０として石英基板を用いており、複屈折調整手段２１及び２４として、導波路幅を変化させる替わりに波長０．５５３ミクロンの光を用いて１０秒間、３００ｍＷの光強度で光照射を行っている。
【００３０】
このような構成にしても、本発明の実施形態に係る導波路型光減衰器と同様に、偏波依存性が極めて小さい導波路型光減衰器を提供することができる。
また、基板１０として、図１の実施形態に係る導波路型光フィルタではシリコン基板を用いたが、図４では石英基板を用いた。
このように、基板として石英基板を用いても、本発明の目的である偏波依存性が極めて小さい導波路型光減衰器を提供することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上、図面に基づいて詳細に説明したように、本発明は、偏波依存性が極めて小さい導波路型光減衰器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る導波路型光減衰器の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る導波路型光減衰器の偏波依存性損失を表すグラフである。
【図３】本発明の実施形態に係る導波路型光減衰器の位相調整量を表すグラフである。
【図４】本発明の実施形態の変形に係る導波路型光減衰器の構成図である。
【図５】従来の導波路型光減衰器の構成図である。
【図６】従来の導波路型光減衰器の偏波依存性損失を表すグラフである。
【符号の説明】
１０　基板
１１　入力用光導波路
１２　光カプラ
１３　光導波路対
１４　光カプラ
１５　光導波路対
１６　カプラ
１７　光導波路対
１８　光カプラ
１９　出力用光導波路
２０　可変位相調整手段（薄膜ヒータ）
２１　複屈折調整手段
２２　可変位相調整手段（薄膜ヒータ）
２３　可変位相調整手段（薄膜ヒータ）
２４　複屈折調整手段
１００　基板
１０１　入力用光導波路
１０２　光カプラ
１０３　光導波路対
１０４　光カプラ
１０５　出力用光導波路
１０６　薄膜ヒータ
【図１】
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【図２】
2004132999.tif 000005
【図３】
2004132999.tif 000006
【図４】
2004132999.tif 000007
【図５】
2004132999.tif 000008
【図６】
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