(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導波路から成る光干渉計を有する導波路型光回路において、前記光干渉計中の導波路近傍のすべての電気配線が、該導波路を伝搬する光の進行方向に関して平面視で左右対称に配置されていることを特徴とする導波路型光回路。
【請求項２】
前記光干渉計中の導波路が移相器を備え、前記電気配線が該移相器に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光回路。
【請求項３】
前記複数の導波路の一方に、移相器及び該移相器に接続される前記電気配線を備え、前記複数の導波路の他方に非駆動のダミー移相器及びダミー電気配線のいずれか又は両方を備えることを特徴とする請求項２に記載の導波路型光回路。
【請求項４】
前記複数の導波路の一方に、移相器及び該移相器に接続される前記電気配線を備え、該電気配線は、前記複数の導波路の他方にも配置されていることを特徴とする請求項２に記載の導波路型光回路。
【請求項５】
前記導波路型光回路は、前記移相器の周囲にクラッド溝を配置し、前記ダミー移相器は、該クラッド溝のある領域に断線ギャップを有することを特徴とする請求項３に記載の導波路型光回路。
【請求項６】
前記導波路型光回路の導波路に沿う方向の前記電気配線が前記複数の導波路を覆うパターンであることを特徴とする請求項４に記載の導波路型光回路。
【請求項７】
前記導波路型光回路は、入力側と出力側の２つのカプラを備える光干渉計であり、前記電気配線が前記２つのカプラを覆うパターンであることを特徴とする請求項６に記載の導波路型光回路。
【請求項８】
導波路から平面視で少なくとも左右２５μｍ以上の範囲において、前記左右対称が確保されていることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光回路。
【請求項９】
複数の導波路を有する導波路型光回路において、
導波路近傍の電気配線が、該導波路を伝搬する光の進行方向に関して平面視で左右対称に配置されており、
前記複数の導波路の一方に移相器を備え、
該移相器に接続される前記電気配線を備え、
前記複数の導波路の他方に非駆動のダミー移相器とダミー電気配線との少なくとも一方を備える
ことを特徴とする導波路型光回路。
【請求項１０】
複数の導波路を有する導波路型光回路において、
導波路近傍の電気配線が、該導波路を伝搬する光の進行方向に関して平面視で左右対称に配置されており、
前記複数の導波路の一方に移相器を備え、
該移相器に接続される前記電気配線を備え、
前記電気配線は、前記複数の導波路の他方にも配置されている
ことを特徴とする導波路型光回路。
【請求項１１】
前記導波路型光回路は、前記移相器の周囲にクラッド溝を配置し、前記ダミー移相器は、該クラッド溝のある領域に断線ギャップを有することを特徴とする請求項９に記載の導波路型光回路。
【請求項１２】
前記導波路型光回路の導波路に沿う方向の前記電気配線が前記複数の導波路を覆うパターンであることを特徴とする請求項１０に記載の導波路型光回路。
【請求項１３】
前記導波路型光回路は、入力側と出力側の２つのカプラを備える光干渉計であり、前記電気配線が前記２つのカプラを覆うパターンであることを特徴とする請求項１２に記載の導波路型光回路。
【請求項１４】
導波路から平面視で少なくとも左右２５μｍ以上の範囲において、前記左右対称が確保されていることを特徴とする請求項９に記載の導波路型光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路型光回路に係り、より詳細には電気回路を備えた導波路型光回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の通信網には、通信障害時や需要に応じて柔軟に経路を切り替えるための光スイッチや、１本の光ファイバーに多数のチャンネルを波長多重／分離するための合分波器など、各種光部品が多数使用されている。これら光部品を実現する手段には各種の方法があるが、導波路を使用した光回路は、小型集積可能であり、可動部分を有さずに構造的に安定であり信頼性に優れる、また、リソグラフィー技術により量産性に優れる、といった多くの特徴を有するため、多くの光部品に使用されている。
【０００３】
導波路を使用した光回路では、しばしば、動的な動作を実現するために電気的な回路を備える場合がある。例えば、石英系導波路では、可変移相器を実現するために導波路コア近傍に微小ヒータを設けている。石英系導波路は、熱光学効果により屈折率が変化するので、ヒータ通電により導波路温度を局所的に加熱することで移相量を制御する。図１に、石英系導波路１０１における移相器１００の構成例を示す。シリコン基板１０５上に作製された埋め込み型導波路コア１０７直上のクラッド１０６の表面に熱光学移相ヒータである薄膜ヒータ１０２が形成されている。また、この薄膜ヒータ１０２に給電するための給電パッド１０４を備える電気配線１０３もクラッド１０６の表面に形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
移相器１００は、干渉計回路に組み込むことにより様々な応用回路を生み出すことができる。図２に、マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）に移相器を組み込んで実現した光スイッチ２００を示す。ＭＺＩは、２個の５０％方向性結合器２０２とこれを連結する２本のアーム導波路からなり、２本のアーム導波路の長さは、通常、等長若しくは動作波長の半波長分の光路長差のいずれかで設計される。ここでは、上側が短アーム、下側が長アームとして半波長の光路長差を設けている。ＭＺＩの少なくとも一方のアーム導波路には図１に示した移相器１００が装備されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
入力１に入射された信号光は、公知の干渉原理により、移相器１００が未動作時（Ｏｆｆ時）に出力１へ導かれる。移相器において半波長分の移相量πを発生させて上記の半波長分の光路長差を打ち消した時（Ｏｎ時）には、信号光は出力２へ導かれる。移相器１００で発生させる移相量がＯｎとＯｆｆの中間値を取る場合には、各経路の出力（すなわち透過率）は、移相量に応じてアナログ的に変化する。
【０００６】
このような石英系導波路を使用した光回路の製造方法としては、例えば、火炎堆積（ＦＨＤ）法等のガラス膜堆積技術と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の微細加工技術の組み合わせが使用されている。具体的には、シリコン基板２０３上に下部クラッド層２０４となるガラス膜を堆積／透明化し、引き続き、屈折率がクラッド層２０４よりもやや高いコア層を堆積／透明化する。そして、光導波回路となるコアパターン２０５を微細加工技術によりパターン化し、上部クラッド層２０４となるガラス膜を堆積／透明化することで埋め込み型の光導波路が得られる。最後に、上部クラッド表面に薄膜ヒータ２０６や電気配線２０７となる金属を真空蒸着法等で堆積し、これを微細加工技術でパターン化し、熱光学移相器を形成する。
【０００７】
【特許文献１】特許第３７０３０１３号明細書（第１３図）
【特許文献２】特許第３５５５８４２号明細書（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような電気的な回路を備えた導波路型光回路では、電気配線パターンに起因する応力が発生しており、この応力が光弾性効果を介して、その周囲に屈折率の変動および複屈折率の変動を引き起こしていた。特に、導波路を伝搬する光が感じる複屈折主軸が、導波路に垂直な投影面内において基板に対して傾斜した場合、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の間で意図しない結合が生じるため、干渉計回路によっては所望の光学特性が得られないという問題があった。
【０００９】
例えば極端な事象として、図２に示す光スイッチ２００において、複屈折主軸の方向２０８が傾斜した場合に、入力されたＴＥ偏光の光が、偏光結合により、上側アーム導波路では偏光面が半時計回りに４５度回転し、下側アーム導波路では偏光面が時計回りに４５度回転したとする。すると、各々の偏光面が直交関係になるので、出力側の方向性結合器２０２で干渉は起きなくなる。つまり、移相器１００を動作させてもスイッチ動作ができなくなる。
【００１０】
上記の例は非常に極端な例であるが、アナログ的な動作を行った場合、即ち可変減衰器として動作させた場合に、減衰量に偏光依存性が生じるといった問題はしばしば生じていた。
【００１１】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電気配線パターンに起因する応力による不要なＴＥ／ＴＭ偏光間結合を抑制し、良好な光学特性を有する導波路型光回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の導波路から成る光干渉計を有する導波路型光回路において、前記光干渉計中の導波路近傍のすべての電気配線が、該導波路を伝搬する光の進行方向に関して平面視で左右対称に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、前記光干渉計中の導波路が移相器を備え、前記電気配線が該移相器に接続されていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、前記複数の導波路の一方に、移相器及び該移相器に接続される前記電気配線を備え、前記複数の導波路の他方に非駆動のダミー移相器及びダミー電気配線のいずれか又は両方を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、前記複数の導波路の一方に、移相器及び該移相器に接続される前記電気配線を備え、該電気配線は、前記複数の導波路の他方にも配置されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、前記導波路型光回路は、前記移相器の周囲にクラッド溝を配置し、前記ダミー移相器は、該クラッド溝のある領域に断線ギャップを有することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、前記導波路型光回路の導波路に沿う方向の前記電気配線が前記複数の導波路を覆うパターンであることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項７に記載の発明は、前記導波路型光回路は、入力側と出力側の２つのカプラを備える光干渉計であり、前記電気配線が前記２つのカプラを覆うパターンであることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、導波路から平面視で少なくとも左右２５μｍ以上の範囲において、前記左右対称が確保されていることを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、複数の導波路を有する導波路型光回路において、導波路近傍の電気配線が、該導波路を伝搬する光の進行方向に関して平面視で左右対称に配置されており、前記複数の導波路の一方に移相器を備え、該移相器に接続される前記電気配線を備え、前記複数の導波路の他方に非駆動のダミー移相器とダミー電気配線との少なくとも一方を備えることを特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、複数の導波路を有する導波路型光回路において、導波路近傍の電気配線が、該導波路を伝搬する光の進行方向に関して平面視で左右対称に配置されており、前記複数の導波路の一方に移相器を備え、該移相器に接続される前記電気配線を備え、前記電気配線は、前記複数の導波路の他方にも配置されていることを特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、前記導波路型光回路は、前記移相器の周囲にクラッド溝を配置し、前記ダミー移相器は、該クラッド溝のある領域に断線ギャップを有することを特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、前記導波路型光回路の導波路に沿う方向の前記電気配線が前記複数の導波路を覆うパターンであることを特徴とする。
また、請求項１３に記載の発明は、前記導波路型光回路は、入力側と出力側の２つのカプラを備える光干渉計であり、前記電気配線が前記２つのカプラを覆うパターンであることを特徴とする。
また、請求項１４に記載の発明は、導波路から平面視で少なくとも左右２５μm以上の範囲において、前記左右対称が確保されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電気配線を導波路近傍では導波路に対して左右対称のパターンとしたため、電気配線パターンから発生する導波路に対する応力の主軸を導波路に直交する平面において傾斜させないことにより、複屈折主軸は導波路に垂直な投影面内において基板に対して必ず垂直、又は、水平になる。従って、電気配線パターンに起因する応力による不必要なＴＥ／ＴＭ偏光間結合は生じず、これによる光学特性の低下も生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
光回路を構成する導波路には様々な種類があるが、以下に述べる形態では、複雑な光回路を実現する手段として最もよく使用されるシリコン基板上の石英系導波路をベースにした光回路を例にして説明する。
【００２３】
図３に、本願発明の基本形態の電気配線パターンを使用した移相器３００を示す。本発明の電気配線パターン３０３では、ヒータ３０２端から給電パッド３０４側だけでなく給電パッド３０４には繋がらない反対方向にも配線を引き回しており、電気配線３０３が導波路３０１近傍では導波路３０１に対して実質的に対称、即ち導波路を含むＹＺ平面に対して対称の形状になっている点が、従来の配線パターンと大きく異なる。
【００２４】
図１に示す従来の配線パターン１０３では、ヒータ１０２端から給電パッド１０４側のみ配線を引き回していたため、導波路１０１上部が電気配線１０３のエッジとなっていた。配線金属とクラッドガラスのように異種材料が接合している場合、各々の材料の熱膨張係数が異なる等の理由で、通常それぞれの材料に応力が発生する。特にパターンのエッジ部分では応力の加わり方が、場所に応じて複雑に変化するため、一般に、応力の主軸が傾く。また、配線のパターン化の際、ＲＩＥ等のエッチングでパターン化を行うと、エッチングにより配線だけでなくクラッドも若干エッチングされる場合がある。即ち、上部クラッドの表面が、配線パターンエッジに沿った段差を持つ。シリコン基板上に作製される石英系導波路では、製法上、クラッドやコアのガラス膜に強い水平方向の圧縮応力が加わっている。膜が一様であれば、その応力分布も均一となるが、表面に段差を持つなどその構造に変化がある場合、構造力学の分野でよく知られているように、その段差周囲には複雑な分布を持つ応力が加わり、やはり、応力の主軸が傾く。その為、配線パターンのエッジ部分では、この応力主軸の傾きに対応して、図１の断面図Ｂ−Ｂ´に示すように複屈折主軸１０８も基板に対して傾き、その結果、ＴＥ／ＴＭ偏光間の結合が生じていた。
【００２５】
図４は、応力による偏光変換の様子を直接調べるために行ったクロスニコル観測の結果４００を示す図である。サンプルは、シリコン基板４０１上に作製した石英系導波路（但し、観測した部分には、導波路コアはなくクラッド４０２のみ）にメタル配線４０３をクラッド４０２表面にパターン化し、導波路断面の見るために薄くスライスしたものである。この断面にＴＭ偏光の光を当て、透過光のＴＥ偏光を検光してクロスニコル観測を行っている。即ち、ＴＭ偏光が偏光結合によってＴＥ偏光に変換されている場所が明るく見える。図に示すように、配線のエッジ付近で偏光変換が起きていることが分かる。
【００２６】
一方、図３に示すように本発明の配線パターン３０３では、ヒータ３０２端から給電パッド３０４側の反対方向にも配線を引き回しており、この長さが十分長ければ、電気配線３０３が導波路３０１近傍では導波路３０１に対して実質的に対称であると見なせるので、導波路コア３０７付近の応力の主軸方向は水平となる。従って、複屈折主軸３０８も導波路３０１に垂直な投影面（ＸＹ投影面）内においては、図３の断面図Ｂ−Ｂ´に示すように基板に対して必ず垂直となり傾かないので、ＴＥ／ＴＭ偏光間の結合が生じることは無い。
【００２７】
図４に示すクロスニコル観測結果は、配線エッジ４０４から概ね２５μｍの範囲で特に強く偏光変換が生じていることを示している。よって、少なくともこの領域には干渉計中の導波路を配置しないようにした方が良い。２５μｍを超える領域であっても直ぐに偏光変換がゼロとなる領域になるわけではないので、配置上許されるのであれば、更に余裕を持って十分離れた位置に導波路を配置するようにした方が好ましい。
【００２８】
尚、導波路方向（Ｚ方向）で見てみると、図３に示す移相器３００の電気配線３０３の配線パターンでも導波路３０１上にエッジがあるが、この部分で生じる応力の主軸の傾きはＹＺ平面内での傾きとなり、これに対応した複屈折主軸３０８の傾きはＹＺ平面内に現れ、ＸＹ投影面内では複屈折主軸はやはり必ず垂直になる。従って、ＴＥ／ＴＭ偏光間の結合が生じることは無い。
【００２９】
図５は、本発明の配線パターンの別の例を示す図である。図５（ａ）は、ヒータ端において導波路方向に直交する配線（直交部配線）５０１が直接接続されているのではなく、導波路方向に沿った延長部の配線５０２を介して直交部の配線に接続されている配線パターン５００を示し、図５（ｂ）は、ヒータ端において電気配線５１１を台形の形状とした配線パターン５１０を示し、図５（ｃ）は、ヒータ端において電気配線５２１を長方形の形状とした配線パターン５２０を示す。これらの配線パターン５００，５１０，５２０は、電気配線が導波路近傍では導波路に対して実質的に対称、即ち導波路を含むＹＺ平面に対して対称のパターンになっている点が本願発明のポイントとして基本形態と共通している。本形態の場合、導波路上部近傍に配線のエッジがあるため、応力の分布は基本形態と比べて幾らか複雑にはなるが、パターンが導波路に対して対称であるため、導波路コア付近の応力の主軸方向は水平方向（Ｘ方向）となる点には変わりはない。従って、図３に示す基本形態と同様に、複屈折主軸の向き５０３，５１３，５２３はＸＹ投影面では基板に対して必ず垂直になるので、ＴＥ／ＴＭ偏光間結合が生じることは無い。
【００３０】
次に、本発明をＭＺＩ型光スイッチの移相器へ適用した場合の実施形態について、詳しく述べる。
図６に、本発明の第１の実施形態による導波路型光回路の一例としてＭＺＩ型光スイッチ６００を示す。基本的なスイッチの構成は、図２に示す従来の光スイッチ２００と同じであるが、熱光学移相ヒータ６０６の電気配線６０７に本発明の配線パターンを適用した点が従来の光スイッチと異なる。
【００３１】
図２に示す従来の光スイッチ２００では、熱光学移相ヒータ２０６からの配線を導波路に沿った方向（Ｚ軸±方向）に引き出してから、給電パッドの方向（Ｘ軸−方向）に配線を引き出している。多連のスイッチでは多数の配線を引き出すために、通常、このように、一旦、Ｚ軸方向へ配線を引き出す。このような配線パターンでは、図２に示すように２本のアーム導波路が、方向性結合器２０２に接続されるまでの間に、比較的、長い領域に亘って配線エッジ付近の下を通る。そのため、複屈折主軸２０２が傾いた導波路２０１を光が長い距離に亘り伝搬するので、前述したようなＴＥ／ＴＭ偏光間結合が特に生じ易くなっていた。
【００３２】
一方、本発明の配線パターンを使用した第１の実施形態では、図６に示すように、電気配線６０７を、一旦、導波路６０１を横切る方向（Ｘ軸±方向）に引き出した後にＺ軸方向へ引き出しており、且つ、最初のＸ軸±方向に引き出す部分の電気配線６０７が導波路６０１に対して実質的に対称のパターンになっている。その為、導波路６０１が配線エッジ付近の下は通らないので、干渉計回路中でＴＥ／ＴＭ偏光間の結合が生じることは無く、偏光間結合に起因する光学特性の低下を抑制することができる。
【００３３】
尚、光スイッチで切り替え動作を行うにはアーム導波路間の位相差を制御できれば良いので、移相器は両方のアーム導波路に備える必要はなく、片方のアーム導波路（通常、短アーム側）にのみ備えれば良いことが多い。片方のアーム導波路のみに限定した方が、電気配線の量も半減するので、回路レイアウト上も有利である。
【００３４】
しかしながら、電気配線直下や熱光学移相ヒータ直下の導波路では、前述のように応力により屈折率の変動および複屈折率の変動が生じているので、一方のアーム導波路のみ移相器を備える、即ち、一方のアーム導波路のみ電気配線や熱光学移相ヒータを装荷すると両アームでこれら変動の均衡が崩れる。この屈折率変動の不均衡は位相誤差となって現れ、複屈折率変動の不均衡はＴＥ／ＴＭ偏光での位相ずれ、即ち、動作の偏光依存性となって現れ、いずれも本願発明での課題と同じく光学特性の劣化になる。従って、一方のアーム導波路の移相器しか駆動しない場合であっても、他方のアーム導波路にもダミーの熱光学移相ヒータ及びダミーの配線を備え、応力による屈折率変動および複屈折率変動の両アーム均衡を保つ構成にした方が好ましい。
【００３５】
図７に、以上を踏まえた片方のアーム導波路の移相器のみ駆動する場合の構成を備えるＭＺＩ型光スイッチ７００を本発明の第２の実施形態として示す。尚、本実施形態では、電気配線を更に削減するために、図の左側の配線を共通電気配線７０１として１つの配線に纏めている。駆動側のアーム導波路の熱光学移相ヒータ７０３の左側はこの共通電気配線に接続され、右側は第一の実施形態と同じように個別の電気配線７０２に接続されている。非駆動側のアーム導波路のダミー熱光学移相ヒータ７０４の左側は共通電気配線７０１に接続され、右側は給電パッド未接続となっているダミー電気配線７０５が接続されている。このように、ダミーの熱光学移相ヒータ７０４は駆動できない構成になっているが、共通電気配線７０１に接続されていることで電位が不定にならないようになっている。図に示すように、配線パターンは、駆動側／ダミー側のいずれも、電気配線が干渉計部分の導波路近傍では導波路に対して実質的に対称のパターンになっている。
【００３６】
このような対称配線パターン、及び、ダミー移相器７０４を備えた構成により、ＴＥ／ＴＭ偏光間の結合が生じることがないのはもちろんのこと、両アーム間での屈折率の変動および複屈折率の変動の不均衡に因る位相誤差や偏光依存性を招くことなく、良好な光学特性を得ることができると共に、効果的に電気配線数を削減することができる。
【００３７】
図８に、本発明の第３の実施形態による導波路型光回路の一例としてＭＺＩ型光スイッチ８００を示す。本実施形態は第２の実施形態に類似しているが、駆動側のアーム導波路の熱光学移相ヒータ８０３に接続している個別電気配線８０２において、給電パッド側の反対方向に延ばした電気配線が、非駆動側のアーム導波路を通り超えて、非駆動側のアーム導波路から見ても電気配線が導波路近傍では導波路に対して実質的に対称と見なせるところまで延伸している点が、第２の実施形態と大きく異なる。
【００３８】
第２の実施形態では、給電パッド側の反対方向に延ばした個別電気配線７０２は、非駆動側のアーム導波路のダミー移相器７０４からの電気配線と分離する都合上、最大でもＭＺＩのほぼ中心位置までの延伸に留まっていた。アーム導波路の間隔が十分広いＭＺＩであれば、導波路から見て十分離れた位置に配線のエッジを配置することが可能であるが、アーム導波路の間隔が狭いＭＺＩでは十分離れた位置にエッジを配置することが難しい。
【００３９】
一方、本実施形態では、非駆動側のアーム導波路を通り超える所まで大きく延伸しているので、比較的アーム導波路の間隔が狭いＭＺＩにおいても、駆動側のアーム導波路のから見ても非駆動側のアーム導波路から見てもいずれも電気配線が導波路近傍では導波路に対して実質的に対称に配線を配置することが可能になっている。
【００４０】
本実施形態でも、第２の実施形態と同様に、熱光学移相ヒータ８０３は、共通電気配線８０１と接続され、さらに熱光学移相ヒータ８０３からの応力による屈折率変動および複屈折率変動の両アーム均衡を取るために他方のアーム導波路にもダミーの熱光学移相ヒータ８０４を設け、共通電気配線８０１と接続するものとしたほうが良い。ダミー熱光学移相ヒータ８０４は一部にギャップ８０５を設けることで非駆動としている。このギャップ８０５は僅かであるが、厳密には駆動側と非駆動側において上記変動のアーム均衡を崩しているので、これが問題になる場合には、図８に示すように個別電気配線８０２の右側にギャップ分の長さのダミー熱光学移相ヒータ８０６を追加して設け、ダミーの熱光学移相ヒータ８０４，８０６のトータル長を駆動側と非駆動側で揃えれば良い。
【００４１】
図９に、本発明の第４の実施形態による導波路型光回路の一例としてＭＺＩ型光スイッチ９００を示す。本実施形態は第３の実施形態に近い構成をしているが、熱光学移相ヒータ９０３，９０４の周辺に断熱のためのクラッド溝９０５が掘られており、ダミー熱光学移相ヒータ９０４の非駆動のためのギャップがこのクラッド溝９０５のある領域に設けられている点が第３の実施形態と大きく異なる。
【００４２】
クラッド溝９０５は、熱拡散を低減し熱光学移相ヒータ９０３の駆動電力を低減させる断熱溝として作用すると共に、熱光学移相ヒータ９０３からの応力開放溝としても作用する。この応力開放溝により熱光学移相ヒータからの応力による屈折率変動および複屈折率変動が低減されるので、本実施形態では熱光学移相ヒータ９０３，９０４のトータル長が駆動側と非駆動側でギャップ分異なり揃っていないにも拘らず、両アームの光学特性上の不均衡は殆ど生じない。従って、第３の実施形態で追加した個別電気配線８０２右側のダミー熱光学移相ヒータ８０６は不要になり、その分、素子長を短くすることができる。
【００４３】
図１０に、本発明の第５の実施形態による導波路型光回路の一例としてＭＺＩ型光スイッチ１０００を示す。本実施形態は第４の実施形態に類似しているが、個別電気配線１００２が、駆動側のアーム導波路のから見ても非駆動側のアーム導波路から見てもいずれも電気配線が導波路近傍では導波路に対して実質的に対称と見なせる幅太の配線で導波路に沿った方向（Ｚ軸方向）に引き出してから、給電パッドの方向（Ｘ軸方向）に配線を引き出している点が第４の実施形態と大きく異なる。
【００４４】
第４の実施形態では、熱光学移相ヒータ９０３及びダミーの熱光学移相ヒータ９０４に接続している個別電気配線９０２を、一旦、導波路を横切る方向（Ｘ軸方向）に引き出した後にＺ軸方向へ引き出して、その後、給電パッドの方向（Ｘ軸方向）に引き出している。このＺ軸方向へ引き回している部分の配線は、電気配線のエッジからの応力が無視できる程に十分にＭＺＩの導波路から離れた場所に配置される必要があると同時に、配線抵抗が問題にならないようにある程度の幅を有する必要がある。その為、応力が無視できる距離をＬ、配線抵抗が問題にならない許容最小配線幅をＷ、配線と配線のギャップをＧ、そしてＭＺＩのアーム導波路間隔をＳとすると、多連の光スイッチのピッチは、最小でＳ＋２Ｌ＋Ｗ＋Ｇとなる。
【００４５】
一方、本実施形態では、Ｚ軸方向へ引き出している幅太部分の配線のエッジが導波路から最も近い配線エッジになる。従って、導波路からこの幅太部分の配線のエッジまでの距離がＬとなる。Ｗ＜Ｓ＋２Ｌの場合（即ちＳ＋２Ｌが配線抵抗の問題にならない十分な幅である場合）、幅太部分の配線幅はＳ＋２Ｌとなり、多連の光スイッチのピッチは最小でＳ＋２Ｌ＋Ｇとなる。一方、Ｗ≧Ｓ＋２Ｌの場合、幅太部分の配線幅はＷとなり、多連の光スイッチのピッチは最小でＷ＋Ｇとなる。いずれにしても、第４の実施形態よりも密なピッチで光スイッチを配置することができるので、より小型なスイッチチップを設計することが可能となる。また、Ｗ＜Ｓ＋２Ｌである場合、幅太部分の配線幅が許容最小配線幅Ｗよりも太い配線幅（Ｓ＋２Ｌ）になるので、多少なりとも配線抵抗による不要な電力消費を低減することができる。
【００４６】
次に、本発明をＭＺＩ型合分波器の周波数特性調整用の移相器へ適用した場合の実施形態について、詳しく述べる。
図１１に、本発明の第６の実施形態による導波路型光回路の一例としてＭＺＩ型光合分波器１１００を示す。本光合分波器１１００も、これまでの実施形態で述べてきた光スイッチとほぼ同じように、２個の５０％方向性結合器１１０２とこれを連結する長アーム側導波路１１０６と短アー側導波路１１０７の２本のアーム導波路からなるＭＺＩ構成を基本としているが、２本のアーム導波路１１０６，１１０７の光路長差（＝実効屈折率ｎeff・導波路長差ΔＬ）が光スイッチと比べると大きい値が設定されている。入力１からの信号光は、公知の干渉原理により、周波数ｆｅ（＝ｍ・ｃ／｛ｎeff・ΔＬ｝；  ｃ：光速、ｍ：正の整数）の信号光は出力２へ、周波数ｆｏ（＝｛ｍ−０.５）・ｃ／｛ｎeff・ΔＬ｝）の信号光は出力１へ、分波される。また、入出力を逆にすれば、周波数ｆｅの信号光と周波数ｆｏの信号光を合波することができる。このように、図１１に示す合分波器１１００は、偶数チャンネルの光ｆｅと奇数チャンネルの光ｆｏを合分波できるのでインターリーブフィルターとも呼ばれる。
【００４７】
合分波器では、通常、光スイッチのような動的な動作が無いので、２本のアーム導波路に移相器を備える必要性は必ずしもない。しかしながら、作製誤差等に因り導波路の実効屈折率がずれ、２本のアーム導波路間に位相誤差が生じた場合に、この位相誤差を補正するために移相器が使用される。
【００４８】
本実施形態でも、光スイッチでの実施形態と同様、熱光学移相ヒータ１１０５の電気配線に本発明の配線パターンを適用した点が従来の合分波器の構成と異なる。図１１に示すように、電気配線は、共通電気配線１１０３と、個別電気配線１１０４とを備え、導波路１１０１に対して実質的に対称のパターンになっている。また、この対称パターンは、熱光学移相ヒータ１１０５に接続されている部分だけでなく、配線の引き回し上、干渉計を横切っている部分（図中、一点鎖線の楕円で示した箇所）でも、同様に導波路１１０１に対して実質的に対称のパターンになっている。その為、導波路１１０１が配線エッジ付近の下は通らないので、干渉計回路中でＴＥ／ＴＭ偏光間の結合が生じることは無く、偏光間結合に起因する光学特性の低下を抑制することができる。即ち、干渉計中の導波路１１０１を横切る際は、導波路に対して実質的に対称なパターンで横切ることが重要である。
【００４９】
尚、ここでは合分波干渉計の例としてＭＺＩ型において説明をしたが、本願発明の適用は、これに限定されるものではなく、例えば、リング共振器型やマイケルソン干渉計型に関しても有効である。
【００５０】
また、以上の実施形態では、２光束の干渉計からなる光スイッチや光合分波器に関して具体的に説明してきたが、不必要な偏光変換が特性に影響を与えることは、多光束の干渉計、例えばアレイ導波路格子（ＡＷＧ）などにおいても同様である。従って、多光束の干渉計に関しても電気配線を備える場合には、本発明の方針に則った配線パターンとすることにより、配線パターンに起因する応力による偏光変換を抑制することができ、上述の実施形態同様、光学特性の低下を防ぐことができることは言うまでもない。
【実施例１】
【００５１】
可変減衰機能付き光スイッチ
本発明の実施例１として、図７に示した本発明の第２の実施形態による可変減衰機能付き光スイッチ７００を、シリコン基板上の石英系導波路を使用して従来同様の製法により作製した。２本のアーム導波路の長さには、動作波長の半波長分の光路長差が設けられており、短い方のアーム導波路には、駆動側として熱光学移相器ヒータ７０３を設け、長い方のアーム導波路には、非駆動側としてダミーの熱光学移相器ヒータ７０４を設けている。
【００５２】
導波路のコアとクラッドの比屈折率差は０.７５％である。アーム導波路の間隔は２５０μｍである。個別電気配線７０２、ダミー電気配線７０５の幅は１００μｍ、個別電気配線７０２とダミー電気配線７０５のギャップは５０μｍである。ＭＺＩの内側Ｘ方向に伸ばしている電気配線の長さは、個別電気配線７０２、ダミー電気配線７０５共に１００μｍである。ＭＺＩ外側Ｘ方向の電気配線の長さは、ダミー電気配線７０５側で１００μｍ、個別電気配線７０２側で１５０μｍ（つまり、駆動側アーム導波路から、Ｚ方向に引き回している個別配線のエッジまでの距離が１５０μｍ）である。ダミー電気配線７０５と隣接光スイッチの個別電気配線のキャップは５０μｍである。尚、導波路コア中心から上部クラッド表面までの距離は約１５μｍである。
【００５３】
作製した本発明の実施例１の可変減衰機能付き光スイッチにおいて、クロス経路における１０ｄＢ減衰時の偏光依存損失（ＰＤＬ）は約０.３ｄＢであった。比較のために電気配線を図２に示す従来構成の配線パターンで作製した可変減衰機能付き光スイッチ２００における１０ｄＢ減衰時の偏光依存損失は約０.６ｄＢであった。このように、本発明の配線パターンを使用することにより減衰時の偏光依存損失が大きく改善された。
【実施例２】
【００５４】
可変減衰機能付き多連光スイッチ
本発明の実施例２として作製した多連の可変減衰機能付き光スイッチ１２００の構成を図１２に示す。本実施例は、図１０に示す第５の実施形態をベースに構成した。本実施例も、２本のアーム導波路の長さには動作波長の半波長分の光路長差が設けられており、短い方のアーム導波路には、駆動側として熱光学移相器ヒータ１２０５を設け、長い方のアーム導波路には、非駆動側としてダミーの熱光学移相器ヒータ１２０６を設けている。
【００５５】
熱光学移相ヒータ１２０５，１２０６と、共通電気配線１２０１及び個別電気配線１２０２との接続部には、図５（ａ）に示した導波路１２０３方向に沿った延長部の配線を設けた構成を採用している。これは、熱光学移相ヒータ１２０５で発生させた熱が、配線を伝わって非駆動側のアーム導波路に回り込むのを防ぐためである。
【００５６】
尚、本実施例では、ダミー熱光学移相ヒータ１２０６を非駆動とするための断線ギャップは、ダミー熱光学位相ヒータ１２０６中に設けた。しかしながら、応力開放溝としても作用するクラッド溝１２０７は熱光学移相ヒータ１２０５，１２０６だけでなく、この延長配線部の周辺にも形成されているので、断線ギャップを延長配線部に設けても特性上の問題はないので、こちらで断線ギャップを設けてもよい。
【００５７】
さて、クロス経路（入力１→出力２）のＭＺＩの透過率Ｔは、入力側と出力側の方向性結合器の結合率が同じ値ｋ（＝０〜１）である場合、移相器の移相量をφとすると、Ｔ＝４・ｋ・（１−ｋ）・ｃｏｓ2（（φ−π）／２）となる。従って、移相器の未駆動時（ＯＦＦ時）は、結合率ｋの値に拘らず必ずＴ＝０となる。このＭＺＩの性質は、作製誤差によって方向性結合器１２０４の結合率が設計値の５０％（ｋ＝０.５）からずれても、入力側と出力側の方向性結合器１２０４の結合率が同じ値ｋでさえあれば、高消光比のスイッチ動作を得られることを意味するために、非常に好ましい性質である。
【００５８】
前述したように、電気配線１２０１，１２０２からの応力は導波路１２０３の屈折率の変動および複屈折率の変動を起こすので、方向性結合器１２０４においては、これら変動が結合率の変動や結合率の偏光依存性の変動を引き起こす。従って、入力側と出力側で方向性結合器１２０４の上面に電気配線の有無が異なると、入力側と出力側で結合率が僅かながら異なってくる。今回の実施例では、このようなことを防ぐために、共通電気配線１２０１は、方向性結合器１２０４の上部も覆うように配置し、個別電気配線１２０２に関しても、幅太配線を方向性結合器１２０４の上部を覆うように配置した。
【００５９】
本実施例の可変減衰機能付き光スイッチ１２００も、実施例１と同様、シリコン基板上の石英系導波路を用いて作製した。導波路のコアとクラッドの比屈折率差は１.５％である。アーム導波路の間隔Ｓは１００μｍ、Ｚ方向に引き出している幅太の配線の幅は４００μｍ、即ちアーム導波路から幅太配線のエッジまでの距離Ｌは１５０μｍとした。導波路コア中心から上部クラッド表面までの距離は約１５μｍである。また、配線間のギャップＧは１００μｍとした。ダミー熱光学移相器を非駆動とするための断線ギャップは、クラッド溝１２０７のある領域の丁度真ん中の位置にギャップ幅５０μｍで設けた。
【００６０】
作製した本発明の可変減衰機能付き光スイッチ１２００において、クロス経路における１０ｄＢ減衰時の偏光依存損失（ＰＤＬ）は約０.２ｄＢであった。比較のために電気配線を図２に示す従来構成の配線パターンで作製した可変減衰機能付き光スイッチ２００における１０ｄＢ減衰時の偏光依存損失は約０.５ｄＢであった。本実施例でも本発明の配線パターンを使用することにより減衰時の偏光依存損失が大きく改善された。
【実施例３】
【００６１】
二重ＭＺＩ型多連可変減衰器
実施例３（Ａ）、（Ｂ）として作製した二重ＭＺＩ型の多連の可変減衰器１３００，１４００の構成をそれぞれ、図１３及び図１４に示す。本実施例は、ＭＺＩ型スイッチ素子を二重に接続した構成になっており、前段ＭＺＩ型スイッチ１３０３，１４０３／後段ＭＺＩ型スイッチ素子１３０４，１４０４のそれぞれが減衰動作するので、２倍の消光比が得られる、即ち２倍の減衰量動作が可能な構成になっている。それぞれのＭＺＩ型スイッチ素子の構成は実施例２と同じ構成になっている。本実施例では、それぞれのＭＺＩ型スイッチ素子への配線を削減するために、図１３に示す実施例３（Ａ）の構成では、共通電気配線１３０１及び個別電気配線１３０２からの電気配線を並列接続に、図１４に示す実施例３（Ｂ）の構成では、共通電気配線１４０１及び個別電気配線１４０２からの電気配線を直列接続にして、前段ＭＺＩ型スイッチ１３０３，１４０３／後段ＭＺＩ型スイッチ素子１３０４，１４０４を同時に駆動している。
【００６２】
尚、本可変減衰器は、１入力１出力の回路になっているが、前段／後段ＭＺＩ型スイッチ素子から未接続となっている導波路を入出力ポートに引き出すことで切り替えスイッチの機能を持たせることもできる。
【００６３】
本実施例の可変減衰器１３００，１４００も、実施例１，２と同様、シリコン基板上の石英系導波路を使用して作製した。導波路のコアとクラッドの比屈折率差は１.５％である。アーム導波路の間隔Ｓは８０μｍ、クラッド溝の幅は約６０μｍである。ダミー熱光学移相器を非駆動とするための断線ギャップは、クラッド溝のある領域の丁度真ん中の位置にギャップ幅２０μｍで設けた。
【００６４】
並列接続の実施例３（Ａ）では、Ｚ方向に引き出している幅太の配線の幅は２２０μｍ、即ちアーム導波路から幅太配線のエッジまでの距離は７０μｍである。並列接続するための各ＭＺＩ素子の脇を通している幅細の配線部の配線幅は５０μｍ、幅太や幅細の配線間の最小ギャップは４０μｍとした。
【００６５】
直列接続の実施例３（Ｂ）では、Ｚ方向に引き出している幅太の配線の幅は３００μｍ、即ちアーム導波路から幅太配線のエッジまでの距離は１１０μｍである。幅太の配線間のギャップは５０μｍとした。
【００６６】
作製した本発明の可変減衰器１３００，１４００において、２０ｄＢ減衰時の偏光依存損失（ＰＤＬ）は、実施例３（Ａ）で約０.３ｄＢ、実施例３（Ｂ）で約０.２ｄＢであった。比較のために電気配線を図２に示す従来構成の配線パターンで作製した可変減衰器２００における２０ｄＢ減衰時の偏光依存損失は約０.９ｄＢであった。本実施例でも本発明の配線パターンを使用することにより減衰時の偏光依存損失が大きく改善された。
【００６７】
以上、３つの実施例並びに実施形態では、シリコン基板上の石英系導波路をベースとした光回路で実現したが、これは信頼性に優れ、光ファイバーとの接続親和性が高く、また、生産技術としても確立された技術で量産に向くためである。しかしながら、他の材料系の導波路、例えば、シリコン導波路や、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）導波路や高分子導波路等でも、機能性を付加するために電気配線を備えたことに因る応力が特性に影響を及ぼす場合には、本発明の指針に従い、電気配線のパターンを工夫することにより、本実施例等で示した効果が同様に得られることに変わりは無いことを付記しておく。
【００６８】
また、以上の実施例並びに実施形態では、ＭＺＩを構成するカプラに方向性結合器を使用したが、これに限定するものではなく、例えば、マルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラを使用しても、もちろん良い。また、１×２カプラや２×１カプラにおいては、１×２分岐器や２×１合流器を使用しても良い。但し、これらを同一のＭＺＩ中に混在して使用する場合には、位相特性が方向性結合器と異なるので、その分を光路長差として補正して使用する必要がある。いずれにしても、本発明の電気配線パターンの工夫により、不要な偏光結合が抑制されていることに変わりは無い。
【００６９】
また、以上の例では、偏光間結合を抑制する配線パターンについて、干渉計中の導波路に対して説明してきたが、これは干渉計で偏光間結合が生じると上述のように光学特性への影響が大きいためである。しかしながら、偏光間結合を抑制する必要のある導波路は干渉計中の導波路に限定されるものではなく、例えば、入出力ポート間で偏光を保持したい場合には、干渉計以外の導波路型光回路、例えば、スプリッタ（分岐器）、コンバイナ（合流器）、遅延線などにおいても本発明の適用が有効であることは言うまでもない。また、干渉計光回路の入出力導波路部分など、干渉計外の導波路においても同様で偏光を保持したい場合には、本発明の適用が有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】従来の電気配線パターンを備える導波型光回路である移相器１００を示す図である
【図２】従来の電気配線パターンを備える導波型光回路であるＭＺＩ型光スイッチ２００を示す図である。
【図３】本発明の電気配線パターンを備える導波型光回路である移相器３００を示す図である。
【図４】配線エッジ付近のクロスニコル観察結果を示す図である。
【図５】本発明の導波路型光回路の別の電気配線パターン例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による導波路型光回路の一例としてＭＺＩ型光スイッチ６００を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による導波路型光回路の一例としてＭＺＩ型光スイッチ７００を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態による導波路型光回路の一例としてＭＺＩ型光スイッチ８００を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態による導波路型光回路の一例としてＭＺＩ型光スイッチ９００を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態による導波路型光回路の一例としてＭＺＩ型光スイッチ１０００を示す図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態による導波路型光回路の一例としてＭＺＩ型光合分波器１１００を示す図である。
【図１２】本発明の実施例２の導波路型光回路である可変減衰機能付き多連光スイッチ１２００を示す図である。
【図１３】本発明の実施例３（Ａ）の導波路型光回路である並列接続された二重ＭＺＩ型多連可変減衰器を示す図である。
【図１４】本発明の実施例３（Ｂ）の導波路型光回路である直列接続された二重ＭＺＩ型多連可変減衰器を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
３００  移相器
３０１，６０１，１１０１  導波路
３０２，６０６，７０３，８０３，９０３，１１０５  熱光学移相ヒータ
３０３，６０７  電気配線
３０４  給電パッド
３０５，６０３  基板
３０６，６０４  グラッド
３０７，６０５  導波路コア
３０８，６０８  複屈折主軸の方向
６００，７００，８００，９００，１０００  ＭＺＩ型光スイッチ
６０２，１１０２  方向性結合器
７０１，８０１，９０１，１００１，１１０３  共通電気配線
７０２，８０２，９０２，１００２，１１０４  個別電気配線
７０４，８０４，８０６，９０４  ダミー熱光学移相ヒータ
７０５  ダミー電気配線
８０５  ギャップ
９０５  クラッド溝
１１００  ＭＺＩ型光合分波器
１１０６  長アーム側導波路
１１０７  短アーム側導波路
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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