(57)【要約】      （修正有）【課題】信号光の出力パワーを直接的にかつ正確にモニターできる簡易な方式を有する導波路型可変光減衰器を提供する。【解決手段】強誘電体基板上に形成された導波路型可変光減衰器において、該基板上に、分波部と合波部を有するマッハツェンダー干渉回路１４、および該干渉回路の合波後の導波路に設けられる光パワーモニター用の方向性結合器８を含み、さらに前記方向性結合器の分岐比が特定の範囲であることを特徴とする導波路型可変光減衰器。【選択図】      図７
2004198461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体基板上に形成された導波路型可変光減衰器において、該基板上に、分波部と合波部を有するマッハツェンダー干渉回路、および該干渉回路の合波後の導波路に設けられる光パワーモニター用の方向性結合器を含むことを特徴とする導波路型可変光減衰器。
【請求項２】
前記方向性結合器の分岐比が、１／４９〜１／４の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の導波路型可変光減衰器。
【請求項３】
前記強誘電体基板が、ニオブ酸リチウム、又はタンタル酸リチウムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の導波路型可変光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路型可変光減衰器に関し、さらに詳しくは、信号光の出力パワーを直接的にかつ正確にモニターできる簡易な方式を有する導波路型可変光減衰器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路型の可変光減衰器は、光ファイバー通信、及び光ファイバー計測において使用される。光ファイバー通信において、データ通信のトラフィック量の増大を受け、光ファイバーに複数の波長を多重伝送するため、波長多重伝送システムの導入が進んでいる。このシステムを効率的に運用するために、光合分波器、インターリーバ、可変光減衰器、光スイッチなどの光部品の効率化が望まれている。
【０００３】
ここで、複数の入力ポートあるいは複数の出力ポートを有する光部品では、各チャンネルに入射、あるいはそこから出射される信号光のパワーが均等化されていることが要求される場合が多い。例えば波長多重伝送システムにおける波長チャンネルの切り替えに用いられる光スイッチで、スイッチ内での光路長等の差異によって損失量が異なるため、入力時に同一パワーであっても、光出力パワーに差異が生じる。このようなときに、パワーを均等化するために光減衰器が使われ、特にリアルタイムで起こる損失の変動に対応するためには、随時光減衰量を外部制御させることができる可変光減衰器（以下、単に「ＶＯＡ」と略称することがある。）が求められる。
【０００４】
一般に、ＶＯＡは出力を所望の値にすることが主機能であるので、光減衰量の制御方法としては、光出力をモニターし、このモニター光出力を電気信号に変換して所望の減衰量（ないし光出力）になるように適切な電圧をマッハツェンダー干渉回路の電極にフィードバックする方法がとられる。このため、ＶＯＡの光回路には、ＶＯＡの出力ポートのほかにモニターポートが必要となる。
このため、マッハツェンダー干渉回路を用いた従来方式のＶＯＡとしては、例えば図５に示す構成がある。ここで、干渉回路の入射側方向性結合器１１および出射側方向性結合器１２を設け、出射側の方向性結合器の一方のポートをＶＯＡ出力ポート９とし、もう一方をＶＯＡ出力モニターポート１０とする方式がとられている。ここで、方向性結合器は、複数の光導波路を近接して設置して、これらの間で互いに光パワーの交換が起こりうるようにしたものである。例えば、８μｍ程度の光導波路幅に対して、２本の光導波路の間隙を光導波路幅と同程度にとった方向性結合器が典型的な例である。
【０００５】
また、マッハツェンダー干渉回路の入射側と出射側の方向性結合器として、各々に３ｄＢカップラーを配したものはバランストブリッジ型干渉系とも呼ばれる。ここで、３ｄＢカップラーは、方向性結合器の一種で、完全結合長の１／２ないしこの奇数倍の長さを持ったものを言う。バランストブリッジ方式の干渉系として、その出力側（出射側）の３ｄＢカプラーの両ポートの出力をＰＭ（モニター出力）、ＰＶ（ＶＯＡ出力）とした場合、伝播損失を無視すれば、Ｐｏを入力パワーとして、ＰＭ＋ＰＶ＝ＰＯの関係がある。各種の電圧印加状態で、入力パワーＰｏとＰＭが分かればＰＶを知る事が出来る。伝播損失がある場合にも、その損失値が分かっていれば同様にＰＭからＰＶを知る事が出来る。
【０００６】
図５に基づいて、マッハツェンダー干渉回路を用いたＶＯＡの原理と機能を以下に説明する。ＶＯＡ入力ポート２からの入射光は、入射側方向性結合器１１によって両アームに均等な光パワーに分けられる。次に電極７によって、上側アームに電場が印加され、このアームの光波の位相は下側アームの光波に比べて位相がシフトする。そして、出射側方向結合器１２における干渉効果で、ＶＯＡ出力ポート９とＶＯＡ出力モニターポート１０の各々の光出力ＰＶおよびＰＭは、両アームの光波の相対的位相差に対して正弦波的に変化する。図６に、位相差とＰＶ（ＶＯＡ出力）の関係を示す。
【０００７】
上記したように従来のモニター方式は、出射側方向性結合器の一方の出力ポートを、ＶＯＡ出力をモニターするためのモニターポートとするものである。
この従来のモニター方式では、ＶＯＡ出力ＰＶを得るためには、モニター出力ＰＭに加えて入力パワーＰｏが既知でなければならい。入力パワーＰＯは、使用個所によっては既知の場合もあるが、通常の光通信では未知であるためＰｏをモニターする必要が生じる。ＰＯをモニターするためには、マッハツェンダー干渉回路の入射側にもまた、出射側に設けるのと同様のモニター用の回路を設けねばならなくなるので光回路が複雑化するという問題がある。また、光回路のみでなく、光パワーを電気信号に変換する電子回路も余分に必要とされるという問題もある。さらに、ＶＯＡの出力であるＰＶとモニター出力ＰＭにはＰＭ＋ＰＶ＝ＰＯの関係があるので、ＶＯＡ出力ＰＶとモニター出力ＰＭは逆向きの変化をするために直感的に分かり難いこと、ＰＭはＰＶの直接的なモニター値ではないこと、あるいはＰＯが未知であればＰＭが検知されてもＰＶは決まらないことなどの問題がある。
【０００８】
この解決策として、基板上に形成した出力用光導波路と出射側の光ファイバーとの端面を各々の光軸に対して一定角度で傾斜して研磨し、出力ポートからの出射光の一部を出射方向とは異なる方向に向けて反射させることによって、この微少な反射光をモニターして制御用電圧を決める方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方式では、モニター光は出射光パワーに比例するという長所が有り、上記のような、モニター出力がＶＯＡ出力を直接見ていないという問題点は解決される。しかしながら、この方式には、光導波路基板と光ファイバーの接合の端面を、両者を精密な角度でもって斜めに鏡面研磨することが必要であるという問題点がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−８３３４９号公報（第１頁、第２頁、図４）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、信号光の出力パワーを直接的にかつ正確にモニターできる簡易な方式を有する導波路型可変光減衰器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、マッハツェンダー干渉回路と特定の光パワーモニター用の方向性結合器とを組合せたところ、信号光の出力パワーを直接的にかつ正確にモニターできることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、強誘電体基板上に形成された導波路型可変光減衰器において、該基板上に、分波部と合波部を有するマッハツェンダー干渉回路、および該干渉回路の合波後の導波路に設けられる光パワーモニター用の方向性結合器を含むことを特徴とする導波路型可変光減衰器が提供される。
【００１３】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記方向性結合器の分岐比が、１／４９〜１／４の範囲であることを特徴とする導波路型可変光減衰器が提供される。
【００１４】
また、本発明の第３の発明によれば、第１又は２の発明において、前記強誘電体基板が、ニオブ酸リチウム、又はタンタル酸リチウムであることを特徴とする導波路型可変光減衰器が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の導波路型可変光減衰器を詳細に説明する。
本発明の可変光減衰器（ＶＯＡ）は、強誘電体基板上に形成された導波路型可変光減衰器において、該基板上に、分波部と合波部を有するマッハツェンダー干渉回路と、該干渉回路の合波後の導波路に設けられる光パワーモニター用の方向性結合器とを含むものである。
【００１６】
すなわち、本発明のＶＯＡは、マッハツェンダー干渉回路を用い、この干渉回路の合波後の導波路上に方向性結合器を設け、この方向性結合器を利用して出力パワーのうちの微少な割合を取りだしこれを検知するものである。
【００１７】
本発明を、図を用いて説明する。図１は、本発明の導波路型可変光減衰器の基本構成の一例である。
本発明のＶＯＡは、強誘電体基板１上に形成された光導波路型のマッハツェンダー干渉回路１４を用いる。すなわち、ＶＯＡ入力ポート２からの入射光は、分波部の入射側Ｙ分岐３によって均等に二つのアーム４、５に分配される。上側アーム４は、電極７によって電圧を印加され、合波部の出射側Ｙ分岐６において下側アームと合波されＶＯＡ出力ポート９に至る。ＶＯＡ出力ポート９からの出力は、図６に示すように干渉により位相差に対して正弦波状の依存性を持つようになる。
【００１８】
本発明においては、制御用光量を取り出すために、合波部の出射側Ｙ分岐６と出力ポート部を結ぶ導波路に方向性結合器８を設けて、光パワーの一部をＶＯＡ出力モニターポート１０に導くものである。方向性結合器８による光の取りだしによって、モニターポート１０に出射する光パワー分だけ、ＶＯＡとしての光損失が増加することになる。
方向性結合器８におけるＶＯＡ出力モニターポート１０への出力とＶＯＡ出力ポート９への出力の比である分岐比（モニター出力／ＶＯＡ出力）は、１／４９〜１／４の範囲が好ましい。例えば、分岐比を１／９とすれば、本来のＶＯＡ出力の１０％は通信システムとしては損失した事になり、１０％の損失は、ｄＢ表示では０．４６ｄＢとなる。このような観点からは、方向性結合器８の分岐比は小さくとる事が望ましい。一方、モニターポート１０からのパワーが小さ過ぎれば、接続する光検出器への入力が低すぎて検出が不正確となる。すなわち、分岐比が１／４（０．９７ｄＢ）を超えれば、ＶＯＡとしての光損失が大きくなり本発明の効果が低くなり、一方、１／４９（０．０８８ｄＢ）未満では光検出器への入力が低すぎて検出が不正確となる。
【００１９】
また、方向性結合器の一般的性質から、モニターポート１０として示す補助出射ポートで見られるモニター出力のパワーはＶＯＡからの出力光量に比例するので、モニター出力を光検出器で検出することによってＶＯＡ出力を正確にモニターできる。
光検出器としては、特に限定されないが、小型の部品とする場合は市販のフォトダイオードが好ましい。また、導波路型可変光減衰器の強誘電体基板と光検出器との接合は、直接接合しても、基板と光検出器の間を光ファイバーによって結線してもよい。
【００２０】
また、図１に示すＶＯＡのマッハツェンダー干渉回路１４の構成において、その入力側の分波部と出力側の合波部のいずれにもＹ分岐を用いた例を示したが、本発明のＶＯＡでは、マッハツェンダー干渉回路の入力側の分波部と出力側の合波部のいずれにも、Ｙ分岐又は方向性結合器、例えば３ｄＢカップラー等を用いることができる。本発明の導波路型可変光減衰器の分波部と合波部の構成の例を図２〜４に示す。
【００２１】
図２において、分波部は入射側方向性結合器１１であり、合波部は出射側方向性結合器１２である。
図３において、分波部は入射側方向性結合器１１であり、合波部は出射側Ｙ分岐６である。
図４において、分波部は入射側Ｙ分岐３であり、合波部は出射側方向性結合器１２である。
【００２２】
本発明に用いる強誘電体基板としては、特に限定されるものではなく、例えば、結晶の電気光学効果を利用できるニオブ酸リチウム、又はタンタル酸リチウムが用いられるが、これらの中でも、特に結晶欠陥の少ない光用のニオブ酸リチウム、又はタンタル酸リチウムが好ましい。
【００２３】
【実施例】
以下に、本発明の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、実施例によってなんら限定されるものではない。
【００２４】
（実施例１）
図７に示す本発明の導波路モニター比率測定用光導波路型可変光減衰器を用いて、ＶＯＡ出力をモニターした。図７では、強誘電体基板として、Ｘ軸でカットされたニオブ酸リチウムを用いた。そして、この結晶のＺ軸方向に光を伝搬させるため、前記ニオブ酸リチウムの基板１に、幅８μｍ厚さ１０８ｎｍに蒸着したチタンを大気雰囲気中１０５０℃で９時間、拡散させることにより光導波路１３を形成した。
この導波路型可変光減衰器は、基板１と導波路１３とでその主要部が構成されている。導波路１３は、マッハツェンダー干渉回路１４と、これに続く、長さ０．５ｍｍにわたり導波路の間隔が６μｍで平行に近接している方向性結合器８を備えている。前記マッハツェンダ−干渉回路１４のＹ分岐されたＺ軸に平行な２本のアーム４、５に沿って、金属製の電極７が設けられている。電極７は、前記アームかつニオブ酸リチウム基板のＸ軸に対し垂直な電界を印加するよう形成している。
【００２５】
ＶＯＡ入力ポート２から、波長１．５５μｍの基板表面に平行な電界成分の偏波光を、波長１．５５μｍ用シングルモードファイバー１５を用いて１１５μＷ入射させた。その結果、電極７の印加電圧が０ＶにおいてＶＯＡ出力ポート９から６２μＷ、ＶＯＡ出力モニターポート１０から２．３μＷの出力が得られることが分かった。ここで、印加電圧を０Ｖから１０Ｖまで徐々に増加させて、出力ポート９の出力に対しモニターポート１０の出力の関係を得た。結果を図８に示す。
【００２６】
図８より、モニターポート出力は、出力ポート出力に比例して変化し、かつ平均の分岐比（モニターポート出力／出力ポート出力）は１／２７となることが分かる。また、可変光減衰器の最大減衰時においても、モニターポート出力は１１．５ｎＷであり、一方迷光や光検出器系のノイズ等のバックグランドレベルは約５０ｐＷであった。したがって、Ｓ／Ｎ比は１４ｄＢで、十分なＳ／Ｎ比を有するモニタリングができることが分かる。すなわち、本発明の導波路型可変光減衰器では、低い分岐比（モニターポート出力／出力ポート出力）でＶＯＡ出力を精度良くモニターできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の導波路型可変光減衰器は、信号光の出力パワーを直接的にかつ正確にモニターできる簡易な方式を有する可変光減衰器であり、その工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導波路型可変光減衰器を表わす図である。
【図２】本発明の導波路型可変光減衰器の分波部と合波部の構成を表わす図である。
【図３】本発明の導波路型可変光減衰器の分波部と合波部の構成を表わす図である。
【図４】本発明の導波路型可変光減衰器の分波部と合波部の構成を表わす図である。
【図５】マッハツェンダー干渉回路を用いた従来方式の可変光減衰器（ＶＯＡ）の構成を表わす図である。
【図６】位相差とＰＶ（ＶＯＡ出力）の関係を表わす図である。
【図７】本発明にもとづいて作製した導波路モニター比率測定用の導波路型可変光減衰器を表わす図である。
【図８】実施例の分岐比の測定結果を表わす図である。
【符号の説明】
１    基板
２    ＶＯＡ入力ポート
３    入射側Ｙ分岐
４    上側アーム
５    下側アーム
６    出射側Ｙ分岐
７    電極
８    光パワーモニター用方向性結合器
９    ＶＯＡ出力ポート
１０  ＶＯＡ出力モニターポート
１１  入射側方向性結合器
１２  出射側方向性結合器
１３  導波路
１４  マッハツェンダ−干渉回路
１５  波長１．５５μｍ用シングルモードファイバー
【図１】
2004198461.tif 000003
【図２】
2004198461.tif 000004
【図３】
2004198461.tif 000005
【図４】
2004198461.tif 000006
【図５】
2004198461.tif 000007
【図６】
2004198461.tif 000008
【図７】
2004198461.tif 000009
【図８】
2004198461.tif 000010