(57)【要約】【課題】  ＴＥ偏光とＴＭ偏光が等振幅で励振した偏光において、十分にＰＤＬを抑制することが可能な可変光減衰器を提供する。【解決手段】  基板上に配された光導波路１０１により構成され、信号光の透過率を変化させることができる光回路（非対称ＭＺＩ部１０８，１０９）が２個直列に接続された可変光減衰器において、前段の光回路（非対称ＭＺＩ部１０８）の透過率が最大或いは最小となる前記信号光の偏光状態に対して、後段の光回路（非対称ＭＺＩ部１０９）の透過率が最小或いは最大となるように前記２個の光回路を結ぶ導波路の長さとその複屈折を設定する。【選択図】        図１
2005195840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配された光導波路により構成され、信号光の透過率を変化させることができる光回路が２個直列に接続された可変光減衰器において、
前段の光回路の透過率が最大或いは最小となる前記信号光の偏光状態に対して、後段の光回路の透過率が最小或いは最大となるように前記２個の光回路を結ぶ導波路の長さとその複屈折を設定したことを特徴とする可変光減衰器。
【請求項２】
前記信号光の波長をλとし、Ｍを正及び負の整数としたとき、
前記前段の光回路の始点から前記後段の光回路の始点までの光導波路について実効的な複屈折を積分した値が、Ｍλ＋λ／２であることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項３】
前記前段及び後段の光回路が、光導波路を伝搬する信号光の位相を制御する位相制御手段を備えたマッハツェンダ干渉計であることを特徴とする請求項１又は２記載の可変光減衰器。
【請求項４】
前記位相制御手段が光導波路の表面に薄膜ヒータを配置して構成された熱光学位相シフタであり、
前記基板がシリコン基板であり、
前記光導波路が石英系ガラス導波路であることを特徴とする請求項３記載の可変光減衰器。
【請求項５】
前記前段及び後段の光回路の間に主軸を４５度傾けた半波長板が挿入されていることを特徴とする請求項１乃至３記載の可変光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏波依存性を抑制した可変光減衰器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光ネットワークにおいて、光強度をダイナミックに変化させる可変光減衰器の役割は重要になっている。特に、熱光学効果を用いた石英系平面光導波型可変光減衰器（以後、単にＶＯＡと呼ぶ）は、アレイ導波路格子合分波器を代表とする他の石英系平面光導波型回路との集積が可能であり、更に、機械的な可動部分を持たないため信頼性に優れるなどの特徴を有している。しかしながら、このＶＯＡには、減衰率とともに増加する偏波依存損失（以後、ＰＤＬと呼ぶ）があり、このＰＤＬが信号品質を劣化させる要因となるため、このＰＤＬを抑制することが大きな課題となっている。そこで、以前より、このＰＤＬを抑制するために様々な対策が施されている。
【０００３】
（従来技術の第１例）
ＰＤＬ抑制対策が施された第１例のＶＯＡとしては、図９に示すように、ＰＤＬの原因であるヒータ駆動時に誘起される応力の偏波依存性を抑制するため、薄膜ヒータ９０４の両側に応力開放溝９０７を作製した「応力開放溝つき熱光学型ＶＯＡ」がある（非特許文献１参照）。
【０００４】
（従来技術の第２例）
また、ＰＤＬ抑制対策が施された第２例のＶＯＡとしては、図１０に示すように、アーム導波路１００８の中央に、光導波路断面の垂直方向に対して主軸を４５度傾けた信号光波長の１／２波長板１００７を挿入し、１／２波長板１００７より前半の光導波路ではＴＥ偏波が伝搬し、後半の光導波路ではＴＭ偏波が伝搬するように変換して、偏波依存性を抑制した「１／２波長板を用いた熱光学型ＶＯＡ」がある（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】２００１年電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−６４「ＰＬＣ型可変光減衰器の低ＰＤＬ化」
【特許文献１】特開２００１−２７２５６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記の可変光減衰器は以下に述べる問題があった。
【０００７】
従来技術の第１例及び第２例のＶＯＡは次のような前提の基に発案されている。つまり、光導波路中において、ＴＥ偏光とＴＭ偏光は独立に伝搬し、それらの偏光は保持されるため、光回路の透過率はＴＥ偏光及びＴＭ偏光で最大及び最小となるというものである。しかしながら、これまでの可変光減衰器の中には十分なＰＤＬの抑制効果が得られないものがあり、ＰＤＬのばらつきが大きく、未だ問題となっている。
【０００８】
これに対し、本発明の発明者等は十分なＰＤＬ抑制効果が得られない理由の一つとして、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光以外の偏光で透過率が最大及び最小となっていることを新たに見出した。
【０００９】
そこで本発明の目的は、ＴＥ偏光とＴＭ偏光が等振幅で励振した偏光において、十分にＰＤＬを抑制することが可能な可変光減衰器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する本発明の可変光減衰器は、請求項１〜５の構成を有すことを特徴とする光回路群である。
【００１１】
即ち、第１発明の可変光減衰器は、基板上に配された光導波路により構成され、信号光の透過率を変化させることができる光回路が２個直列に接続された可変光減衰器において、  前段の光回路の透過率が最大或いは最小となる前記信号光の偏光状態に対して、後段の光回路の透過率が最小或いは最大となるように前記２個の光回路を結ぶ導波路の長さとその複屈折を設定したことを特徴とする。
【００１２】
また、第２発明の可変光減衰器は、第１発明の可変光減衰器において、前記信号光の波長をλとし、Ｍを正及び負の整数としたとき、
前記前段の光回路の始点から前記後段の光回路の始点までの光導波路について実効的な複屈折を積分した値が、Ｍλ＋λ／２であることを特徴とする。
【００１３】
また、第３発明の可変光減衰器は、第１又は第２発明の可変光減衰器において、前記前段及び後段の光回路が、光導波路を伝搬する信号光の位相を制御する位相制御手段を備えたマッハツェンダ干渉計であることを特徴とする。
【００１４】
また、第４発明の可変光減衰器は、第３発明の可変光減衰器において、前記位相制御手段が光導波路の表面に薄膜ヒータを配置して構成された熱光学位相シフタであり、
前記基板がシリコン基板であり、
前記光導波路が石英系ガラス導波路であることを特徴とする。
【００１５】
また、第５発明の可変光減衰器は、第１，第２又は第３発明の可変光減衰器において、前記前段及び後段の光回路の間に主軸を４５度傾けた半波長板が挿入されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記第１〜第５発明の可変光減衰器によれば、十分にＰＤＬを抑制することが可能な可変光減衰器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
なお、以下では光導波路としてシリコン基板上に形成された石英系光導波路を例にとって説明する。これは、この組み合わせが安定で信頼性に優れた光導波路デバイスを作製するのに適しているからである。しかしながら、本発明はこの組み合わせに限定されるものではなく、シリコン、石英ガラス又はソーダガラスなどの基板上に、石英系光導波路又はシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ）などの光導波路や、ＰＭＭＡなどの有機系光導波路を用いたものでも無論構わない。
【００１９】
［第１の実施例］
図１は本発明の第１の実施例として作製した可変光減衰器の概略図である。
【００２０】
まず、図１に基づいて本第１の実施例の平面光導波路型の可変光減衰器（以後、単にＶＯＡと呼ぶ）を簡単に説明する。
【００２１】
図１に示すように本第１の実施例のＶＯＡは基板上に配された光導波路１０１により構成され、第１段目の信号光の波長λの半波長（λ／２）の光路長差を有した非対称ＭＺＩ（マッハツェンダ干渉計）部１０８と、第２段目のλ／２の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部１０９とを、共にクロスポートの出力導波路を出力導波路として、直列に接続した構成である。
【００２２】
続いて、本第１の実施例のＶＯＡを詳細に説明する。最初に、ＶＯＡの具体的な構成について説明する。
【００２３】
図１に示すように、第１段目の非対称ＭＺＩ部１０８は、２つの３ｄＢ方向性結合器１０２ａ，１０５ａと、３ｄＢ方向性結合器１０２ａ，１０５ａ間に挟まれた２本のアーム導波路１１１ａと、３ｄＢ方向性結合器１０２ａに接続され、信号光の入力端となる１本の入力導波路端１０６ａと、３ｄＢ方向性結合器１０５ａに接続され、入力導波路端１０６ａに対するクロスポートの出力導波路となる１本の出力導波路端１０７ａと、一方のアーム導波路１１１ａ上に設けられ、位相制御手段となる薄膜ヒータ１０４ａと、薄膜ヒータ１０４ａへの電流の供給を行う配線１０３ａとを有している。
【００２４】
また、第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９は、２つの３ｄＢ方向性結合器１０２ｂ，１０５ｂと、３ｄＢ方向性結合器１０２ｂ，１０５ｂ間に挟まれた２本のアーム導波路１１１ｂと、３ｄＢ方向性結合器１０２ｂに接続され、信号光の入力端となる１本の入力導波路端１０６ｂと、３ｄＢ方向性結合器１０５ｂに接続され、入力導波路端１０６ｂに対するクロスポートの出力導波路となる１本の出力導波路端１０７ｂと、一方のアーム導波路１１１ｂ上に設けられ、位相制御手段となる薄膜ヒータ１０４ｂと、薄膜ヒータへの電流の供給を行う配線１０３ｂとを有している。
【００２５】
上記２つの非対称ＭＺＩ部１０８，１０９では、薄膜ヒータ１０４ａ，１０４ｂが無通電のとき、２本のアーム導波路１１１ａを伝搬する信号光の光路長差と、２本のアーム導波路１１１ｂを伝搬する信号光の光路長差が、信号光の波長λの半波長（λ／２）になるように構成されている。そして、第１段目の非対称ＭＺＩ部１０８の出力導波路端１０７ａ（クロスポート）に、第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９の入力導波路端１０６ｂが直列に接続される。
【００２６】
更に、２本のアーム導波路１１１ａの両側と、２本のアーム導波路１１１ｂの両側には、基板上面まで達する溝１１０ａ，１１０ｂを形成して、ヒータ駆動時に誘起されるコアへの応力の偏波依存性を抑制した。
【００２７】
位相制御手段となる薄膜ヒータ１０４ａ，１０４ｂは、熱光学効果により、アーム導波路１１１ａ，１１１ｂを伝搬する光信号の位相を制御するものであり、前述の薄膜ヒータ１０４ａ，１０４ｂの加熱による温度変化によって位相が変化する。従って、ヒータ１０４ａ，１０４ｂの電力を所望の値に設定することで所望の透過率（減衰率）が得られ、可変光減衰器として機能する。
【００２８】
次に、本第１の実施例においてＰＤＬを抑制するメカニズムを簡単に説明する。
【００２９】
第１段目の非対称ＭＺＩ部１０８では最大（もしくは最小）の透過率となる信号光の偏光状態に対して、第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９では最小（もしくは最大）の透過率とすることでＰＤＬを抑制する。つまり、第１段目の非対称ＭＺＩ部１０８の透過率が最大（もしくは最小）となる偏光を、第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９では透過率が最小（もしくは最大）となる偏光に変化する。その結果、ＰＤＬを引き起こしていた２つの偏光について、本第１の実施例のＶＯＡは同じ透過率となりＰＤＬが抑制される。この偏光状態の変換は、第１段目の非対称ＭＺＩ部１０８と第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９の間の光導波路の複屈折を利用する。
【００３０】
このメカニズムについて、数式を用いて詳しく説明する。
【００３１】
２個のＭＺＩのヒータ１０４ａ，１０４ｂに同一の電力を印加した場合において、第１段目の非対称ＭＺＩ部１０８の透過率の最大値及び最小値をＴ1max及びＴ1min、そのときの非対称ＭＺＩ部１０８の始点における偏光をＰ1max及びＰ1minとする。本第１の実施例の２つの非対称ＭＺＩ部１０８，１０９はＴＥ偏光とＴＭ偏光が等振幅で励振した偏光で、透過率が最大及び最小となるので、Ｐ1max、Ｐ1minはジョーンズベクトルを用いて式（１）、（２）のように表すことができる。
【００３２】
【数１】
2005195840.tif 000003
【００３３】
ここで、δはｙ軸成分とｘ軸成分の位相差（＝δy−δx）、Ｍは正及び負の整数を示す。また、ｘ軸とｙ軸は図１１の様に定義している。
【００３４】
同様に、第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９の透過率の最大値及び最小値をＴ2max及びＴ2min、そのときの非対称ＭＺＩ部１０９の始点における偏光状態をＰ2max及びＰ2minとする。しかし、第１段目と第２段目の非対称ＭＺＩ部１０８，１０９は全く同一の構成なので、Ｔ1max＝Ｔ2max、Ｔ1min＝Ｔ2min、Ｐ1max＝Ｐ2max、Ｐ1min＝Ｐ2minである。
【００３５】
各ＭＺＩの始点で指定した偏光は、光導波路中の複屈折によって伝搬とともに周期的に変化する。そこで、Ｐ1max及びＰ1minが光導波路の長さ（Ｌ）だけ伝搬したときの偏光をＰ1max（Ｌ）、Ｐ1min（Ｌ）とすると、これらは式（３）、（４）のように書ける。
【００３６】
【数２】
2005195840.tif 000004
【００３７】
ここで、Ｂはｙ軸成分とｘ軸成分の実効屈折率差（＝ｎy−ｎx）、λは信号光の波長、Ｚ0は第１段目のＭＺＩ型ＶＯＡ（非対称ＭＺＩ部１０８）の始点を示す。
【００３８】
これを利用して、ＶＯＡの透過率（Ｔtotal）が下式（５）を満たすように設定する。
【００３９】
【数３】
2005195840.tif 000005
【００４０】
つまり、第１段目の非対称ＭＺＩ部１０８の始点にＰ1max（またはＰ1min）で入射した偏光が、第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９の始点にＰ2min（またはＰ2max）で入射するように設定する。これを式で表せば、第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９の始点における偏光状態に着目して式（６）、（７）のように書ける。
【００４１】
【数４】
2005195840.tif 000006
【００４２】
ここで、ＬMZI-MZIは第１段目の非対称ＭＺＩ部１０８の始点から第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９の始点までの光導波路の長さ（以後、ＭＺＩ間の光導波路長と呼ぶ）である。
【００４３】
式（６）、（７）を書き換えれば、式（８）となる。
【００４４】
【数５】
2005195840.tif 000007
【００４５】
つまり、実効的な複屈折をＭＺＩ間の光導波路長で積分した値が、信号光の波長λの半波長と、信号光の波長λの整数倍の和になればよい。更には、Ｍ＝０のときが式（８）を満足する波長領域が最も広くなるため好ましい。
【００４６】
本第１の実施例では、ＰＤＬを抑制するため、ＭＺＩ間の光導波路長（ＬMZI-MZI）を、２２ｍｍとして作製した。ここで、ＭＺＩの始点は、図２に示すように３ｄＢ方向性結合器１０２ａの直線部が始まる地点とした。
【００４７】
結果としては、本第１の実施例のＶＯＡの１５ｄＢ減衰時のＰＤＬ（以後、ＰＤＬ＠１５ｄＢ減衰と呼ぶ）は、０．２ｄＢであった。図８に示す従来型ＶＯＡ（３ｄＢ方向性結合器８０２，８０５間の２本のアーム導波路８１０を伝搬する信号光の光路長差が信号光波長の半波長のとなるように構成した非対称ＭＺＩ部８０８を一段有したＶＯＡ）のＰＤＬ＠１５ｄＢ減衰は２．４ｄＢであり、これに比べて本第１の実施例のＶＯＡではＰＤＬの大幅な改善が得られた。
【００４８】
ここで、図３に本第１の実施例の構成で、ＭＺＩ間の光導波路長（ＬMZI-MZI）を変化させたときのＰＤＬ＠１５ｄＢ減衰を示す。約１５ｍｍの周期でＰＤＬが最小となっている。即ち、前記のＰＤＬを抑制するメカニズムからもわかるように、ＭＺＩ間の光導波路長（ＬMZI-MZI）は２２ｍｍに限らず、式（８）を満たせばどのような長さでもＰＤＬを抑制できる。更には、複屈折は基板や光導波路の種類、そしてコア形状によって変化するため、式（８）を満たせばどのような基板や光導波路、そしてコア形状を用いても同様な効果が得られるのは明白である。
【００４９】
また、本第１の実施例においては以下のようなメリットが挙げられる。
【００５０】
（１）  ＰＤＬは減衰率に対して、非線形に増加する。そこで、２段構成を用いて、１段あたりの減衰率を抑えることによって、全体としての減衰率は同じでも、１段構成に比べてＰＤＬを抑えることが可能となる。具体的には、１段構成でＰＤＬ＠１０ｄＢ減衰が１．３ｄＢであり、ＰＤＬは減衰率に対して非線形に増加するので、ＰＤＬ＠２０ｄＢ減衰が４．４ｄＢであるＶＯＡを２段構成にしたときのＰＤＬ＠２０ｄＢ減衰は１．３×２＝２．６ｂＢであり、１段構成のＰＤＬ＠２０ｄＢ減衰よりも抑制することができる。
（２）  ２段のＶＯＡで遮断するため、遮断特性が向上する。
（３）  スルーポートは結合器の結合率ずれによって消光比が劣化する。一方、クロスポートは安定して高い消光比が得られる。本第１の実施例ではクロスポートを２段直列に接続しており、高い遮断特性が得られる。
【００５１】
［第２の実施例］
図４は本発明の第２の実施例として作製したＶＯＡの概略図である。
【００５２】
まず、図４に基づいて本第２の実施例のＶＯＡを簡単に説明する。
【００５３】
図４に示すように本第２の実施例のＶＯＡは基板上に配された光導波路４０１により構成され、第１段目の光路長差が０の対称ＭＺＩ（マッハツェンダ干渉計）部４０８のスルーポートと、第２段目の光路長差が０の対称ＭＺＩ部４０９のスルーポートを直列に接続した構成である。
【００５４】
続いて、本第２の実施例のＶＯＡを詳細に説明する。最初に、ＶＯＡの具体的な構成について説明する。
【００５５】
図４に示すように、第１段目の対称ＭＺＩ部４０８は、２つの３ｄＢ方向性結合器４０２ａ，４０５ａと、３ｄＢ方向性結合器４０２ａ，４０５ａ間に挟まれた２本のアーム導波路４１１ａと、３ｄＢ方向性結合器４０２ａに接続され、信号光の入力端となる１本の入力導波路端４０６ａと、３ｄＢ方向性結合器４０５ａに接続され、入力導波路端４０６ａに対するスルーポートの出力導波路となる出力導波路端４０７ａと、一方のアーム導波路４１１ａ上に設けられ、位相制御手段となる薄膜ヒータ４０４ａと、薄膜ヒータ４０４ａへの電流の供給を行う配線４０３ａとを有している。
【００５６】
また、第２段目の対称ＭＺＩ部４０９は、二つの３ｄＢ方向性結合器４０２ｂ，４０５ｂと、３ｄＢ方向性結合器４０２ｂ，４０５ｂ間に挟まれた二本のアーム導波路４１１ｂと、３ｄＢ方向性結合器４０２ｂに接続され、信号光の入力端となる１本の入力導波路端４０６ｂと、３ｄＢ方向性結合器４０５ｂに接続され、入力導波路端４０６ｂに対するスルーポートの出力導波路となる１本の出力導波路端４０７ｂと、一方のアーム導波路４１１ｂ上に設けられ、位相制御手段となる薄膜ヒータ４０４ｂと、薄膜ヒータ４０４ｂへの電流の供給を行う配線４０３ｂとを有している。
【００５７】
上記２つの対称ＭＺＩ部４０８，４０９では、薄膜ヒータ４０４ａ，４０４ｂが無通電のとき、２本のアーム導波路４１１ａを伝搬する信号光の光路長差と、２本のアーム導波路４１１ｂを伝搬する信号光の光路長差が、０になるように構成されている。そして、第１段目の対称ＭＺＩ部４０８の出力導波路端４０７ａ（スルーポート）に、第２段目の対称ＭＺＩ部の入力導波路端４０６ｂが直列に接続されている。また、２本のアーム導波路４１１ａの両側と、２本のアーム導波路４１１ｂの両側には、基板上面まで達する溝を形成して、ヒータ駆動時に誘起されるコアへの応力の偏波依存性を抑制した。
【００５８】
本第２の実施例では、ＰＤＬを抑制するために、第１段目の対称ＭＺＩ部４０８の始点から第２段目の対称ＭＺＩ部４０９の始点までの光導波路の長さ（以後、ＭＺＩ間の光導波路長：ＬMZI-MZIと呼ぶ）を、２２ｍｍとして作製した。ここで、ＭＺＩの始点は、図２に示すように方向性結合器の直線部が始まる地点とした。
【００５９】
結果としては、本第２の実施例のＶＯＡのＰＤＬ＠１５ｄＢ減衰は０．２ｄＢであった。図８に示す従来型ＶＯＡのＰＤＬ＠１５ｄＢ減衰は２．４ｄＢであり、これに比べて本第２の実施例のＶＯＡではＰＤＬの大幅な改善が得られた。
【００６０】
本第２の実施例ではＬMZI-MZIを２２ｍｍとしたが、式（８）を満たせばどのような長さでもＰＤＬを抑制できる。
【００６１】
また、本第２の実施例においては以下のようなメリットが挙げられる。
【００６２】
（１）  ＰＤＬは減衰率に対して、非線形に増加する。そこで、二段構成を用いて、１段あたりの減衰率を抑えることにより、全体としての減衰率は同じでも、ＰＤＬを抑えることが可能となる。
（２）  ２段のＶＯＡで遮断するため、遮断特性が向上する。
（３）  クロスポートは結合器の結合率ずれによって挿入損失（最も光が透過する状態における損失）が劣化する。対して、スルーポートは安定して低い挿入損失が得られる。
【００６３】
［第３の実施例］
図５は本発明の第３の実施例として作製したＶＯＡの概略図である。
【００６４】
図５に基づいて本第３の実施例のＶＯＡを簡単に説明する。
【００６５】
図５に示すように本第３の実施例のＶＯＡは基板上に配された光導波路５０１により構成され、第１段目の信号光の波長λの半波長（λ／２）の光路長差を有した非対称ＭＺＩ（マッハツェンダ干渉計）部５０８と、第２段目のλ／２の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部５０９を、共にクロスポートの出力導波路を出力導波路として、直列に接続した構成である。また、２本のアーム導波路５１２ａの両側と、２本のアーム導波路５１２ｂの両側には、基板上面まで達する溝５１１ａ，５１１ｂを形成して、ヒータ駆動時に誘起されるコアへの応力の偏波依存性を抑制した。
【００６６】
なお、上記λ／２の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部５０８，５０９の構成は、図１に示した非対称ＭＺＩ部１０８，１０９と同等の構成であるため、それらについての重複する説明は省略し、各構成要素と符号の対応を下記に示す。
【００６７】
図５において、５０１は光導波路（図１の光導波路１０１に相当）、５０２ａ，５０２ｂ，５０５ａ，５０５ｂは３ｄＢ方向性結合器（図１の３ｄＢ方向性結合器１０２ａ，１０２ｂ，１０５ａ，１０５ｂに相当）、５０３ａ，５０３ｂは配線（図１の配線１０３ａ，１０３ｂに相当）、５０４ａ，５０４ｂは薄膜ヒータ（図１の薄膜ヒータ１０４ａ，１０４ｂに相当）、５０６ａ，５０６ｂは入力導波路端（図１の入力導波路端１０６ａ，１０６ｂに相当）、５０７ａ，５０７ｂは出力導波路端（図１の出力導波路端１０７ａ，１０７ｂに相当）、５０８は信号光の半波長の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部（図１の非対称ＭＺＩ部１０８に相当）、５０９は信号光の半波長の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部（図１の非対称ＭＺＩ部１０９に相当）、５１１ａ，５１１ｂは溝（図１の溝１１０ａ，１１０ｂに相当）、５１０はレーザ照射により光導波路の複屈折を調整した部分を示す。
【００６８】
本第３の実施例では、第１段目の非対称ＭＺＩ部５０８の始点から第２段目の非対称ＭＺＩ部５０９の始点までの光導波路の長さ（以後、ＭＺＩ間の光導波路長：ＬMZI-MZIと呼ぶ）を、２２ｍｍとして作製した。ここで、ＭＺＩの始点は、図２に示すように方向性結合器の直線部が始まる地点とした。そのときのＰＤＬ＠１５ｄＢ減衰は１．９ｄＢであった。本第３の実施例は上記第１の実施例と同一構成にもかかわらず、複屈折のウエハ面内のゆらぎ等によってＰＤＬの特性劣化が生じている。
【００６９】
そこで、ＰＤＬを抑制するため、ＭＺＩ間の光導波路にレーザを照射することによって（特開平６−５１１４５号公報「光回路及びその製造方法」）式（８）を満たすよう複屈折を調整した（複屈折を調整した部分５１０）。このとき、レーザとしては、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いて、照射パワーは１Ｊ／ｃｍ2、パルス繰り返しは５０Ｈｚ、照射時間は５３０ｓｅｃとした。また、金属マスクを用いて、金属マスクが覆われていない特定の部分（照射領域は５０μｍ×１０ｍｍ）を照射した。
【００７０】
結果としては、レーザ照射後の１５ｄＢ減衰時のＰＤＬ（以後、ＰＤＬ＠１５ｄＢ減衰）は０．３ｄＢであった。レーザ照射前のＰＤＬ＠１５ｄＢ減衰は１．８ｄＢであり、これに比べてＰＤＬの大幅な改善が得られた。
【００７１】
本第３の実施例では複屈折の調整に波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いたが、これは、コアの屈折率変化が波長２４５ｎｍのＧｅＯ2に関連した吸収に起因しており、２４５ｎｍ付近に発振波長を有するレーザを照射することで、屈折率変化もしくは複屈折変化が可能となるからである。更には、可視域のレーザでも２光子吸収により同様の変化を誘起することができる。従って、レーザとしては紫外線レーザに限定されるものではなく、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、Ｎ2レーザ、ＫｒＦエキシマレーザやＦ2エキシマレーザなどの各種エキシマレーザ、Ａｒイオンレーザ、Ｎｄ3+：ＹＡＧレーザ、アレキサンドライト（Ｃｒ3+：ＢｅＡｌ2Ｏ3）レーザの第２次、３次、４次高調波など、紫外・可視領域の波長を有するものであればよい。
【００７２】
本第３の実施例においては、複屈折の調整手法としてＡｒＦレーザ照射を用いたが、例えば以下のような複屈折調整手法を用いても、同様な効果が得られることは明白である。
【００７３】
（１）  応力付与膜を導波路の上部に配置し、導波路に誘起される応力を変化させて複屈折を制御する手法（河内正夫：「石英系導波路と集積光部品への応用」、光学  第１８巻  第１２号（１９８９）ｐｐ．６８１−６８６）
（２）  導波路上部付近に配置した薄膜ヒータを局所的に加熱して恒久的に実効屈折率もしくは複屈折を制御する手法
【００７４】
また、本第３の実施例においては以下のようなメリットが挙げられる。
（１）  ＰＤＬは減衰率に対して、非線形に増加する。そこで、２段構成を用いて、１段あたりの減衰率を抑えることにより、全体としての減衰率は同じでも、ＰＤＬを抑えることが可能となる。
（２）  ２段のＶＯＡで遮断するため、遮断特性が向上する。
（３）  スルーポートは結合器の結合率ずれによって消光比が劣化する。一方、クロスポートは安定して高い消光比が得られる。本第３の実施例ではクロスポートを２段直列に接続しており、高い遮断特性が得られる。
（４）  本第３の実施例はＶＯＡを作製した後に調整可能である。従って、大規模な多連可変光減衰器を作製した際、仕様に満たない可変光減衰器のみ調整を行って特性を改善することができるため、歩留まりを上げるという点で非常に有効な手法である。
【００７５】
［第４の実施例］
図６は本発明の第４の実施例として作製したＶＯＡの概略図である。
【００７６】
図６に基づいて本第４の実施例のＶＯＡを簡単に説明する。
【００７７】
図６に示すように本第４の実施例のＶＯＡは基板上に配された光導波路６０１により構成され、第１段目の信号光の波長λの半波長（λ／２）の光路長差を有した非対称ＭＺＩ（マッハツェンダ干渉計）部６０８と、第２段目のλ／２の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部６０９を、共にクロスポートの出力導波路を出力導波路として、直列に接続した構成である。また、２本のアーム導波路６１２ａの両側と、２本のアーム導波路６１２ｂの両側には、基板上面まで達する溝６１１ａ，６１１ｂを形成して、ヒータ駆動時に誘起されるコアへの応力の偏波依存性を抑制した。
【００７８】
なお、上記λ／２の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部６０８，６０９の構成は、図１に示した非対称ＭＺＩ部１０８，１０９と同等の構成であるため、それらについての重複する説明は省略し、各構成要素と符号の対応を下記に示す。
【００７９】
図６において、６０１は光導波路（図１の光導波路１０１に相当）、６０２ａ，６０２ｂ，６０５ａ，６０５ｂは３ｄＢ方向性結合器（図１の３ｄＢ方向性結合器１０２ａ，１０２ｂ，１０５ａ，１０５ｂに相当）、６０３ａ，６０３ｂは配線（図１の配線１０３ａ，１０３ｂに相当）、６０４ａ，６０４ｂは薄膜ヒータ（図１の薄膜ヒータ１０４ａ，１０４ｂに相当）、６０６ａ，６０６ｂは入力導波路端（図１の入力導波路端１０６ａ，１０６ｂに相当）、６０７ａ，６０７ｂは出力導波路端（図１の出力導波路端１０７ａ，１０７ｂに相当）、６０８は信号光の半波長の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部（図１の非対称ＭＺＩ部１０８に相当）、６０９は信号光の半波長の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部（図１の非対称ＭＺＩ部１０９に相当）、６１１ａ，６１１ｂは溝（図１の溝１１０ａ，１１０ｂに相当）、６１０は幅広導波路を示す。
【００８０】
本第４の実施例では、ＰＤＬを抑制するために、ＭＺＩ間の光導波路の一部を幅広導波路６１０にして複屈折を大きくして、式（８）を満たすよう調整した。第１段目の非対称ＭＺＩ部６０８の始点から第２段目の非対称ＭＺＩ部６０９の始点までの光導波路の長さ（以後、ＭＺＩ間の光導波路長：ＬMZI-MZIと呼ぶ）を、１７ｍｍとして、幅広導波路６１０の導波路幅は１２μｍ、光導波路長は５μｍとした。
【００８１】
結果としては、本第４の実施例のＶＯＡのＰＤＬ＠１５ｄＢ減衰は０．３ｄＢであった。図８に示した従来型ＶＯＡのＰＤＬ＠１５ｄＢ減衰は２．４ｄＢであり、これに比べて本第４の実施例のＶＯＡではＰＤＬの大幅な改善が得られた。
【００８２】
また、本第４の実施例においては以下のようなメリットが挙げられる。
【００８３】
（１）  ＰＤＬは減衰率に対して、非線形に増加する。そこで、２段構成を用いて、１段あたりの減衰率を抑えることにより、全体としての減衰率は同じでも、ＰＤＬを抑えることが可能となる。
（２）  ２段のＶＯＡで遮断するため、遮断特性が向上する。
（３）  スルーポートは結合器の結合率ずれによって消光比が劣化する。一方、クロスポートは安定して高い消光比が得られる。本第４の実施例ではクロスポートを２段直列に接続しており、高い遮断特性が得られる。
（４）  導波路幅を広くすることによって複屈折が大きくなる。従って、所望の
【００８４】
【数６】
2005195840.tif 000008
【００８５】
を得るのに、より光導波路を短くすることができコンパクトになる。
【００８６】
［第５の実施例］
図７は本発明の第５の実施例として作製したＶＯＡの概略図である。
【００８７】
図７に基づいて本第５の実施例のＶＯＡを簡単に説明する。
【００８８】
図７に示すように本第５の実施例のＶＯＡは基板上に配された光導波路７０１により構成され、第１段目の信号光の波長λの半波長（λ／２）の光路長差を有した非対称ＭＺＩ（マッハツェンダ干渉計）部７０８と、第２段目のλ／２の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部７０９を、共にクロスポートの出力導波路を出力導波路として、直列に接続した構成である。また、２本のアーム導波路７１２ａの両側と、２本のアーム導波路７１２ｂの両側には、基板上面まで達する溝７１１ａ，７１１ｂを形成して、ヒータ駆動時に誘起されるコアへの応力の偏波依存性を抑制した。
【００８９】
なお、上記λ／２の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部７０８，７０９の構成は、図１に示した非対称ＭＺＩ部１０８，１０９と同等の構成であるため、それらについての重複する説明は省略し、各構成要素と符号の対応を下記に示す。
【００９０】
図７において、７０１は光導波路（図１の光導波路１０１に相当）、７０２ａ，７０２ｂ，７０５ａ，７０５ｂは３ｄＢ方向性結合器（図１の３ｄＢ方向性結合器１０２ａ，１０２ｂ，１０５ａ，１０５ｂに相当）、７０３ａ，７０３ｂは配線（図１の配線１０３ａ，１０３ｂに相当）、７０４ａ，７０４ｂは薄膜ヒータ（図１の薄膜ヒータ１０４ａ，１０４ｂに相当）、７０６ａ，７０６ｂは入力導波路端（図１の入力導波路端１０６ａ，１０６ｂに相当）、７０７ａ，７０７ｂは出力導波路端（図１の出力導波路端１０７ａ，１０７ｂに相当）、７０８は信号光の半波長の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部（図１の非対称ＭＺＩ部１０８に相当）、７０９は信号光の半波長の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部（図１の非対称ＭＺＩ部１０９に相当）、７１１ａ，７１１ｂは溝（図１の溝１１０ａ，１１０ｂに相当）、７１０は光導波路断面の垂直方向に対して、主軸を４５度傾けた信号光の波長λの半波長（λ／２）板を示す。
【００９１】
本第５の実施例では、ＰＤＬを抑制するために、第１段目の非対称ＭＺＩ部７０８の始点から第２段目の非対称ＭＺＩ部７０９の始点までの光導波路の長さ（以後、ＭＺＩ間の光導波路長：ＬMZI-MZIと呼ぶ）を、２２ｍｍとして設計・作製した。ここで、ＭＺＩの始点として、図２に示すように方向性結合器の直線部が始まる部分とした。更に、各ＭＺＩの間に光導波路断面の垂直方向に対して、主軸を４５度傾けた半波長板７１０を挿入した。
【００９２】
結果としては、本第５の実施例のＰＤＬ＠１５ｄＢ減衰は０．１ｄＢであった。図８に示した従来型ＶＯＡのＰＤＬ＠１５ｄＢ減衰は２．４ｄＢであり、これに比べて本第５の実施例のＶＯＡではＰＤＬの大幅な改善が得られた。
【００９３】
また、本第５の実施例においては以下のようなメリットが挙げられる。
【００９４】
（１）  ＰＤＬは減衰率に対して、非線形に増加する。そこで、２段構成を用いて、１段あたりの減衰率を抑えることにより、全体として減衰率は同じでも、ＰＤＬを抑えることが可能となる。
（２）  ２段のＶＯＡで遮断するため、遮断特性が向上する。
（３）  スルーポートは結合器の結合率ずれによって消光比が劣化する。一方、クロスポートは安定して高い消光比が得られる。本第５の実施例ではクロスポートを２段直列に接続しており、高い遮断特性が得られる。
（４）  半波長板７１０を挿入することで、ＴＥ偏光とＴＭ偏光が等振幅で励振された偏光以外の偏光において、第１〜第４の実施例と比べて、更にＰＤＬを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は可変光減衰器に関し、ネットワークにおいて光強度をダイナミックに変化させる可変光減衰器など適用して有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の実施例のＶＯＡの概略図である。
【図２】３ｄＢ方向性結合器１０２ａ，４０２ａ，５０２ａ，６０２ａ，７０２ａの拡大図である。
【図３】ＭＺＩ間の光導波路長（ＬMZI-MZI）を変化させたときのＰＤＬ＠１５ｄＢ減衰を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例として作製したＶＯＡの概略図である。
【図５】本発明の第３の実施例として作製したＶＯＡの概略図である。
【図６】本発明の第４の実施例として作製したＶＯＡの概略図である。
【図７】本発明の第５の実施例として作製したＶＯＡの概略図である。
【図８】従来のＶＯＡの概略図である。
【図９】応力開放溝付きＶＯＡの概略図である。
【図１０】１／２波長板を用いたＶＯＡの概略図である。
【図１１】導波路の断面の概略図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０１，２０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１，１００１  光導波路
１０２ａ，１０２ｂ，１０５ａ，１０５ｂ，２０２，４０２ａ，４０２ｂ，４０５ａ，４０５ｂ，５０２ａ，５０２ｂ，５０５ａ，５０５ｂ，６０２ａ，６０２ｂ，６０５ａ，６０５ｂ，７０２ａ，７０２ｂ，７０５ａ，７０５ｂ，８０２，８０５，９０２，１００２  ３ｄＢ方向性結合器
１０３ａ，１０３ｂ，４０３ａ，４０３ｂ，５０３ａ，５０３ｂ，６０３ａ，６０３ｂ，７０３ａ，７０３ｂ，８０３，９０３，１００３  配線
１０４ａ，１０４ｂ，４０４ａ，４０４ｂ，５０４ａ，５０４ｂ，６０４ａ，６０４ｂ，７０４ａ，７０４ｂ，８０４，９０４，１００４  薄膜ヒータ
１０６ａ，１０６ｂ，４０６ａ，４０６ｂ，５０６ａ，５０６ｂ，６０６ａ，６０６ｂ，７０６ａ，７０６ｂ，８０６，９０５，１００５  入力導波路端
１０７ａ，１０７ｂ，４０７ａ，４０７ｂ，５０７ａ，５０７ｂ，６０７ａ，６０７ｂ，７０７ａ，７０７ｂ，８０７，９０６，１００６  出力導波路端
４０８，４０９  対称ＭＺＩ部
１０８，１０９，５０８，５０９，６０８，６０９，７０８，７０９，８０８  信号光の波長の半波長の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部
５１０  レーザ照射により光導波路の複屈折を調整した部分
６１０  幅広導波路
７１０  信号光の波長の半波長に相当した半波長板
１１０ａ，１１０ｂ，４１０ａ，４１０ｂ，５１１ａ，５１１ｂ，６１１ａ，６１１ｂ，７１１ａ，７１１ｂ，８０９，９０７  溝
１００７  １／２波長板
１１１ａ，１１１ｂ，４１１ａ，４１１ｂ，５１２ａ，５１２ｂ，６１２ａ，６１２ｂ，７１２ａ，７１２ｂ，８１０，９０８，１００８  アーム導波路
【図１】
2005195840.tif 000009
【図２】
2005195840.tif 000010
【図３】
2005195840.tif 000011
【図４】
2005195840.tif 000012
【図５】
2005195840.tif 000013
【図６】
2005195840.tif 000014
【図７】
2005195840.tif 000015
【図８】
2005195840.tif 000016
【図９】
2005195840.tif 000017
【図１０】
2005195840.tif 000018
【図１１】
2005195840.tif 000019