(57)【要約】【課題】ヒータの加熱で損失量を制御する手法を採用し、外部温度等の温度変化による特性の変動をより簡単な構成で低減することのできる石英導波路デバイス、可変光アッテネータ、可変光アッテネータアレイ、光スイッチおよび光スイッチアレイを得ること。【解決手段】可変光アッテネータ２００は、Ｓｉ基板２０７上に配置され、途中で対称形に２分岐しその後、合流した導波路２０８と、そのうちの一方の分岐した導波路部分２０８Ａに対応して設けられ、加熱によってこの導波路部分２０８Ａを伝搬する光信号の位相を変えるヒータ２０５の他に、これと直列に接続され、かつこれよりも温度依存性の小さい抵抗素子２０７とによって構成されている。可変光アッテネータ２００の温度が上昇すると、ヒータ２０５の抵抗値が変化するがその端子電圧がこれに応じて増加することで、導波路部分２０８Ａを伝搬する光信号の位相のシフトを防止できる。【選択図】図１
2005141074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英基板と、
この石英基板上に形成され、１本の導波路を分岐しこれらを合波したマッハツェンダ干渉計と、
このマッハツェンダ干渉計の分岐後の一方の導波路部分に対応する位置に形成された導電性薄膜であって、これを加熱することで伝搬する光信号の位相を変えるヒータと、
このヒータを通電し加熱する電源に対して前記ヒータと直列に接続されると共に前記石英基板上に配置され、前記ヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗
とを具備することを特徴とする石英導波路デバイス。
【請求項２】
直列に形成された２つの方向性結合器と、
これらの方向性結合器に挟まれた一方の導波路部分に対応する位置に配置されこの導波路部分を加熱するヒータと、
このヒータを通電し加熱する電源に対して前記ヒータと直列に接続され、前記ヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗
とを具備することを特徴とする石英導波路デバイス。
【請求項３】
前記マッハツェンダ干渉計は１本の導波路を互いに対称な形で分岐しこれらを合波した対称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記載の石英導波路デバイス。
【請求項４】
前記抵抗の抵抗値をＲSとし、前記ヒータの抵抗値をＲHとするとき、前記ヒータの温度変化による抵抗値ＲHの変化を補償するようにヒータの分圧ＶHが増加する所定の固定値に前記抵抗値ＲSが設定されていることを特徴とする請求項１記載の石英導波路デバイス。
【請求項５】
前記ヒータは、前記石英基板上に一連の製造プロセスで形成される比較的温度依存性の高い抵抗材料であり、前記抵抗は比較的温度依存性の低い抵抗素子であることを特徴とする請求項１記載の石英導波路デバイス。
【請求項６】
前記ヒータは、前記石英基板上に一連の製造プロセスで形成される比較的温度依存性の高い抵抗材料であり、前記抵抗は一連の製造プロセスで形成される比較的温度依存性の低い抵抗材料であることを特徴とする請求項１記載の石英導波路デバイス。
【請求項７】
前記ヒータは金または白金で形成されていることを特徴とする請求項１記載の石英導波路デバイス。
【請求項８】
１本の導波路を分岐しこれらを合波したマッハツェンダ干渉計と、
このマッハツェンダ干渉計の分岐後の一方の導波路部分を加熱することでこれを伝搬する光信号の位相を変えるヒータと、
このヒータを通電し加熱する電源に対して前記ヒータと直列に接続され、ヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗
とを具備することを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項９】
直列に形成された２つの方向性結合器と、
これらの方向性結合器に挟まれた一方の導波路部分に対応する位置に配置されこの導波路部分を加熱するヒータと、
このヒータを通電し加熱する電源に対して前記ヒータと直列に接続され、前記ヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗
とを具備することを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項１０】
前記マッハツェンダ干渉計は１本の導波路を互いに対称な形で分岐しこれらを合波した対称マッハツェンダ干渉計であることを特徴とする請求項８記載の可変光アッテネータ。
【請求項１１】
前記可変光アッテネータを１つの導波路基板上に複数形成したことを特徴とする請求項８、９、１０いずれかに記載の可変光アッテネータアレイ。
【請求項１２】
直列に形成された２つの方向性結合器と、
これらの方向性結合器に挟まれた一方の導波路部分に対応する位置に配置されこの導波路部分を加熱するヒータと、
このヒータを通電し加熱する電源に対して前記ヒータと直列に接続され、前記ヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗
とを具備することを特徴とする光スイッチ。
【請求項１３】
２本の導波路の一方をヒータで加熱して光信号の位相差をπだけ生じさせるか否かにより、これらの導波路の出力側でスイッチングを行うスイッチング手段と、
前記ヒータを通電し加熱する電源に対して前記ヒータと直列に接続され、このヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗
とを具備することを特徴とする光スイッチ。
【請求項１４】
前記光スイッチを１つの導波路基板上に複数形成したことを特徴とする請求項１２および１３記載の光スイッチアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の位相のシフトを利用する石英導波路デバイス、具体的には可変光アッテネータ、光スイッチおよびこれらを同一基板上に複数配置した可変光アッテネータアレイならびに光スイッチアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
情報伝送量の拡大と共に、伝送容量を飛躍的に高めるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）伝送システムが広く商用化されている。このＷＤＭ伝送システムでは、複数の波長の信号光を１本の光ファイバで伝送する。このため、光損失補償を行うためや光パワーのブースト（増大）のために光アンプが広く使用されている。光アンプとして最も広く用いられているものにＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）がある。
【０００３】
ＥＤＦＡは、エルビウム元素を光ファイバのコアに添加した光ファイバを使用する直接光増幅器であり、光増幅利得が大きいものの強い波長依存性を有しており、これを補償するための施策が導入されている。これは、ＥＤＦＡの波長依存性が大きな状態で光伝送線路を設計すると、波長がそれぞれ異なるチャネル同士で、光ファイバへの入力光パワーレベルが大きく異なってしまい、一部のチャネルで非線形現象等によって光波形の劣化が発生してしまうからである。
【０００４】
このような問題を解消するために、ＥＤＦＡの利得変動を補償する損失媒体を光伝送線路に導入する施策が採用されている。これによって、ＥＤＦＡの光増幅利得を均一化しようとするものである。この損失媒体を使用する施策では、光ファイバの一部に光学的な加工を施した長周期のファイバブラッググレーティング（Fiber Bragg Grating）やＦＰエタロンを多数組み合わせた光学部品を用いる。そして、ＥＤＦＡの利得の大きなところでは損失を大きくすることで、利得の波長依存性を低減させている。
【０００５】
しかしながら、このような利得調整は広帯域にわたる場合には限界がある。そこで、実際にはＷＤＭ伝送システムの各チャネルごとに光アッテネータを挿入して、光パワーをチャネルごとに精密に調整する手法が採用されている。このためにマッハツェンダ型の可変光アッテネータ(ＶＯＡ:Variable Optical Attenuator)が使用されている。
【０００６】
図８は、マッハツェンダ型の可変光アッテネータの構造を示したものである。同図（ａ）はこの可変光アッテネータ１００の平面構造を示し、同図（ｂ）は同図（ａ）の基板１０１をＡ−Ａ方向に切断したものである。同図（ａ）に示すように、平板状のＳｉ（石英）基板１０１の中央部でガラス導波路１０２は２つの導波路部分１０２Ａ、１０２Ｂに分岐しており、それ以外の箇所ではそれぞれ１つの導波路部分１０２Ｃ、１０２Ｄとなっている。同図（ａ）に示す導波路部分１０２Ａの上方には、第１および第２の電極１０７、１０８と、これらによって接続されたヒータ１０９とが配置されている。第１および第２の電極１０７、１０８に図示しない電源回路から所定の電圧を印加することで、ヒータ１０９が通電され、これに対応する導波路部分１０２Ａが加熱される。
【０００７】
今、２つの導波路部分１０２Ａ、１０２Ｂの長さが等しいものとし、一方の導波路部分１０２Ａが加熱されていないものとする。このとき、２つの導波路部分１０２Ａ、１０２Ｂの温度が等しい。この状態では、入力側の導波路部分１０２Ｃを伝搬する光は２つの導波路部分１０２Ａ、１０２Ｂに分岐した後、互いに同一の位相状態で出力側の導波路部分１０２Ｄで合波する。したがって、出力側の導波路部分１０２Ｄに合流した光に位相差がなく、損失は発生しない。
【０００８】
これに対して、ヒータ１０９が通電されて対応する導波路部分１０２Ａが加熱されると、その導波路部分１０２Ａの抵抗分が増加する。この結果、２つの導波路部分１０２Ａ、１０２Ｂに分岐した光のうち加熱された側の導波路部分１０２Ａを伝搬する光の位相が、温度の上昇に応じて次第にシフトする。したがって、一方の導波路部分１０２Ａを伝搬した光と他方の導波路１０２Ｂを伝搬した光の間の位相が１８０度（π）だけ異なる状態に近づくほど、出力側の導波路部分１０２Ｄから出力される光が減衰する。そして、位相が１８０度だけ異なる状態で光の出力が最大限に減少し、その後は同位相に近づくほど出力側の導波路部分１０２Ｄから出力される光が増加する。このような原理を使用して熱光学位相シフタや光アッテネータあるいは光スイッチが製造されている（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−３２５２７７号公報（第００１９段落、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図９は、図８に示した可変光アッテネータにおける消光特性の温度依存性の測定結果を示したものである。図８に示した可変光アッテネータ１００における透過光の最大強度と最小強度の比としての消光比が最も大きくなる電圧をＶπとする。この電圧Ｖπは温度上昇と共に増加する傾向がある。したがって、可変光アッテネータ１００を所定の光の損失量に設定しておいても、温度の変動によってその損失量が変動してしまい、光の損失量を高精度に設定することができないという問題が発生する。
【００１０】
図１０は、この原因を分析するために、ヒータの抵抗値が温度変化によって変動してもヒータ自体の発熱量が一定となるように、電力に対して消光比をプロットしたものである。電力に対して消光比をプロットした場合でも、消光比が最大となる電力Ｐπは温度の上昇と共に小さくなる挙動を示している。これは、屈折率の温度依存性が温度の上昇に対して直線的ではなく、温度の上昇と共に屈折率の温度依存性が増加するのが原因である。なお、周知のようにヒータの消費電力Ｐと抵抗値Ｒおよび印加電圧Ｖの関係は、次の（１）式で表わされる関係にある。
【００１１】
Ｐ＝Ｖ2／Ｒ    ……（１）
【００１２】
図８に示した可変光アッテネータ１００では、平面光導波路回路としてのＰＬＣ（Planar Lightwave Circuits）に加熱用の第１および第２の電極１０７、１０８を形成している。これらの第１および第２の電極１０７、１０８には通常の場合、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｃｒ（クロミウム）等の金属のように導波路形成時のプロセスに組み込める金属が用いられている。これらの金属は、比抵抗が小さく、劣化がなく、特にＡｕ、Ｐｔでは特性が非常に安定しており、かつ蒸着が容易であるという特徴を有している。ところが、これらの金属は抵抗値の温度依存性が大きい。このため、外部温度の変化やヒータ１０９自身の発熱によって抵抗値が大きく変化してしまうことになる。この結果、ヒータ１０９を構成する抵抗分を低い電圧で制御しようとすると、特に抵抗値が大きく変動して、可変光アッテネータ１００自体の光の損失量がこれに応じて変動してしまう。
【００１３】
このような温度変動による光の損失量の変動を防止するためには温度変動を防止するための温度制御回路を必要とし、そのために可変光アッテネータ等の回路構成が複雑になり、また高精度な回路を実現するためには製品価格が上昇するという問題がある。
【００１４】
以上、単独の可変光アッテネータ１００を前提として説明を行ったが、同一構造の可変光アッテネータ１００を多チャネルの構成として同一基板に形成するアレイ型のデバイスでは更に問題が複雑となる。このようなアレイ構造に配置したアレイ型のデバイスでは、あるチャネルの光アッテネータの調整を行おうとしてこれに対応するヒータ１０９を加熱すると、基板の対応する部分だけが加熱されるのではなく、周辺にも熱が伝達される。この結果、特に隣接するチャネルの同様な可変光アッテネータ１００の光の損失量がこれによって変動してしまい、熱クロストークという現象が発生する。
【００１５】
このような熱クロストークの発生を回避するためには、モジュール内部に温度制御用のヒータを別途内蔵する構造が採用されている。しかしながら、このような構造のモジュールでは内蔵のヒータと共に更に複雑に各チャネルの可変光アッテネータの温度制御を行う必要があり、モジュールの価格が高価となるだけでなく、温度制御に要する電力の無駄も問題となる。
【００１６】
そこで本発明の目的は、ヒータの加熱で位相を制御する手法を採用し、外部温度等の温度変化による特性の変動をより簡単な構成で低減することのできる石英導波路デバイス、可変光アッテネータ、可変光アッテネータアレイ、光スイッチおよび光スイッチアレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明では、（イ）石英基板と、（ロ）この石英基板上に形成され、１本の導波路を分岐しこれらを合波したマッハツェンダ干渉計と、（ハ）このマッハツェンダ干渉計の分岐後の一方の導波路部分に対応する位置に形成された導電性薄膜であって、これを加熱することで伝搬する光信号の位相を変えるヒータと、（ニ）このヒータを通電し加熱する電源に対してヒータと直列に接続されると共に石英基板上に配置され、ヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗とを石英導波路デバイスに具備させる。
【００１８】
すなわちこの発明では、マッハツェンダ干渉計を構成する一方の導波路のみを加熱するヒータに直列にこのヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗を接続する。この原理については後に説明する。このような簡単な構成で温度変化に対する位相の変動を効果的に防止することができる。
【００１９】
また、本発明では、（イ）直列に形成された２つの方向性結合器と、（ロ）これらの方向性結合器に挟まれた一方の導波路部分に対応する位置に配置されこの導波路部分を加熱するヒータと、（ハ）このヒータを通電し加熱する電源に対して前記ヒータと直列に接続され、前記ヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗とを石英導波路デバイスに具備させる。
【００２０】
すなわちこの発明では、直列に形成された２つの方向性結合器に挟まれた２つの導波路の内の一方を加熱するために設けられたヒータと直列にこのヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗を接続し、温度変化による特性の変動を簡単な構成で低減している。
【００２１】
また、本発明では、（イ）１本の導波路を分岐しこれらを合波したマッハツェンダ干渉計と、（ロ）このマッハツェンダ干渉計の分岐後の一方の導波路部分を加熱することでこれを伝搬する光信号の位相を変えるヒータと、（ハ）このヒータを通電し加熱する電源に対してヒータと直列に接続され、ヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗とを可変光アッテネータに具備させる。
【００２２】
すなわちこの発明では、石英導波路デバイスを用いて変光アッテネータを構成した例を示している。マッハツェンダ干渉計を構成する一方の導波路のみを加熱するヒータに直列にこのヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗を接続する。この原理について後に説明する。このような簡単な構成で温度変化に対する位相の変動を効果的に防止することができる。
【００２３】
更に、本発明では、（イ）直列に形成された２つの方向性結合器と、（ロ）これらの方向性結合器に挟まれた一方の導波路部分に対応する位置に配置されこの導波路部分を加熱するヒータと、（ハ）このヒータを通電し加熱する電源に対して前記ヒータと直列に接続され、前記ヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗とを可変光アッテネータに具備させる。
【００２４】
更にまた、本発明では、（イ）直列に形成された２つの方向性結合器と、（ロ）これらの方向性結合器に挟まれた一方の導波路部分に対応する位置に配置されこの導波路部分を加熱するヒータと、（ハ）このヒータを通電し加熱する電源に対して前記ヒータと直列に接続され、前記ヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗とを光スイッチに具備させる。
【００２５】
すなわちこれらの発明では、直列に形成された２つの方向性結合器に挟まれた２つの導波路の内の一方を加熱するために設けられたヒータと直列にこのヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗を接続し、温度変化による特性の変動を簡単な構成で低減している。
【００２６】
また、本発明では、（イ）２本の導波路の一方をヒータで加熱して光信号の位相差をπだけ生じさせるか否かにより、これらの導波路の出力側でスイッチングを行うスイッチング手段と、（ロ）ヒータを通電し加熱する電源に対してヒータと直列に接続され、このヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗とを光スイッチに具備させる。
【００２７】
すなわちこの発明では、石英導波路デバイスを用いて光スイッチを構成した例を示している。２本の導波路の一方をヒータで加熱して光信号の位相差をπだけ生じさせるか否かにより出力側のスイッチングを行わせる。この際に、一方の導波路のみを加熱するヒータに直列にこのヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗を接続する。この原理については後に説明する。このような簡単な構成で温度変化に対する位相の変動を効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によれば、導波路の一方を加熱するヒータに直列にこのヒータよりも温度依存性の小さい所定の抵抗値の抵抗を接続するだけで、導波路の温度の変化による光信号の位相の変動を防止することができるので、温度制御回路やそのための特別の電源が不要であり、ヒータを使用して位相のシフト量を制御する石英導波路デバイス、可変光アッテネータ、可変光アッテネータアレイ、光スイッチおよび光スイッチアレイを安価かつ小型に製造することができる。また、市販の抵抗素子等を使用するので、複雑な電子回路を使用する場合と比べると信頼性が格段に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本実施例の可変光アッテネータの構成を示したものである。この可変光アッテネータ２００は、そのＳｉ基板２０１上に形成された金（Ａｕ）からなる第１の電極板２０２を駆動用の直流電源ライン２０３に接続し、同じくＡｕからなる第２の電極板２０４を接地している。第１の電極板２０２には、電圧＋Ｖが印加されている。第１の電極板２０２の帯状の延長部分には、同じくＡｕからなるヒータ２０５の一端が、形成されている。ヒータ２０５は、抵抗分を発生させるために、その膜厚が薄くなっている。ヒータ２０５の他端部には、同じくＡｕからなる膜厚の厚い端子部２０６が形成されている。端子部２０６と第２の電極板２０４の間には、抵抗値ＲSの抵抗素子２０７が半田付けされている。Ｓｉ基板２０１の内部には、図８（ｂ）で示したと同様に中央部で２つの導波路部分２０８Ａ、２０８Ｂに分岐し、それ以外の箇所ではそれぞれ１つの導波路部分２０８Ｃ、２０８Ｄとなった導波路２０８が形成されている。なお、ヒータ２０５と電極板２０２、２０４およびこれらを接続する金属部分は同一金属で構成したが、異なった金属としてもよい。
【００３１】
図２は、本実施例の可変光アッテネータの電気回路としての構成を表わしたものである。この電気回路は、一端を直流電源ライン２０３に接続したヒータ２０５と、このヒータ２０５の他端とグランド（アース）との間に接続された抵抗値Ｒの市販の抵抗素子２０７とによって構成されている。市販の抵抗素子２０７は、たとえばその抵抗温度係数が２５ｐｐｍ（parts per million）／℃程度であり、Ｓｉ基板２０１上に形成されるＡｕ、Ｐｔ等のヒータ２０５に比べると温度依存性が大幅に少なくなっている。本実施例の場合、その抵抗値ＲSは、ほぼ１００Ω（オーム）である。なお、本実施例の場合のヒータ２０５の抵抗値は２００Ω程度となっている。
【００３２】
図３は、本実施例の可変光アッテネータにおける消光特性の温度依存性の測定結果を示したものである。可変光アッテネータ２００における透過光の最大強度と最小強度の比としての消光比が最も大きくなる電圧をＶπとする。従来の図８に示した可変光アッテネータ１００では、図９に示したように電圧Ｖπは温度上昇と共に増加する傾向があり、その結果、特性曲線は温度によって変動している。図３に示した本実施例の場合には、図９の場合と同様に−５℃、２５℃および７０℃の各温度で測定を行ったが、消光比が最も大きくなる電圧Ｖπだけでなく特性曲線全体が一致した。これにより、特別の温度制御回路を使用しない状態で、環境温度の変動に対してきわめて安定した消光特性が得られることが分かる。
【００３３】
このように本実施例では従来使用された可変光アッテネータのヒータに所定の抵抗値ＲSの抵抗素子２０７を直列に接続するという単純な構成で、温度制御回路を使用することなく、可変光アッテネータ２００の消光特性の温度依存性を実用温度範囲で排除するという優れた効果を奏する。この理由およびこのために使用される抵抗素子２０７の抵抗値Ｒの関係を次に説明する。
【００３４】
図４は、本実施例で使用されるＳｉ基板の温度と屈折率の関係を示したものである。図１に示した可変光アッテネータ２００のＳｉ基板２０１は、温度Ｔが上昇すると共に屈折率ｎが上昇する。その特性は温度Ｔに対して屈折率ｎが比例するというリニアな関係とはなっておらず、図示のように非線形の変化を示すようになっている。このため、可変光アッテネータ２００は従来のような構成の場合、図９あるいは図１０に示したような温度依存性が生じることになる。
【００３５】
図２に示す本実施例の可変光アッテネータ２００では、直流電源ライン２０３が電圧＋Ｖ（ボルト）の定電圧ラインとなっている。ヒータ２０５の抵抗値をＲHとすると、合成抵抗Ｒは抵抗素子２０７の抵抗値ＲSとの和（Ｒ＝ＲH＋ＲS）となる。今、温度が上昇してヒータ２０５の抵抗値ＲHが増加したとする。すると、温度の上昇によってはヒータ２０５ほど抵抗値の増加しない抵抗素子２０７の抵抗値ＲSの存在によって、このヒータ２０５の両端の電圧ＶHは次の（２）式より、同様に増加する。
【００３６】
ＶH＝ＲH／Ｒ＝ＲH／（ＲH＋ＲS）    ……（２）
【００３７】
ちなみに、図８に示した従来の可変光アッテネータ１００では、抵抗素子２０７が存在しないので（２）式に示す抵抗値ＲSが存在しない。したがって、図８のヒータ１０９の両端の電圧ＶH′は、（２）式における抵抗値ＲSをゼロにした場合となり、温度が上昇しても変化がない。
【００３８】
したがって、可変光アッテネータ２００の周囲の温度の変化によってヒータ２０５の抵抗値ＲHが変化したとき、これを補償するような形で電圧ＶHが増加したとすると、図１０に示したような消光比が最も大きくなる電圧Ｖπあるいは消費電力Ｐπを変化させないようにすることが可能になる。これが本発明の基本原理である。
【００３９】
次に、以上のような条件を満たす抵抗素子２０７の抵抗値ＲSの算出について説明する。抵抗素子２０７を接続した可変光アッテネータ２００のヒータ２０５で消費される電力をＰHとすると、これは次の（３）式で求めることができる。
【００４０】
【数１】
2005141074.tif 000003
【００４１】
ここで、電圧Ｖは直流電源ライン２０３とアース間の電圧を示している。抵抗値ＲHは温度Ｔの関数となっており、近似的に次の（４）式で表わすことができる。
【００４２】
ＰH（Ｔ）＝ｃ＋ｄ・Ｔ    ……（４）
この（４）式について、本実施例の可変光アッテネータ２００について測定結果を当てはめると、定数ｃは１９２．８３Ωであり、係数ｄは０．３７５３Ω／℃であった。
【００４３】
更に、図８あるいは図１で示されるような導波路が対称的に２分岐している対称マッハツェンダ干渉計の消光比ＥＲ（Ｐ）は、次の（５）式により求められる。
【００４４】
【数２】
2005141074.tif 000004
【００４５】
ここで電力Ｐπは位相シフタの位相がπだけシフトした電力を表わしている。電力Ｐπ（Ｔ）は温度依存性を有しており、図３から本実施例の場合には次の（６）式により近似した。また、電力Ｐの方は電圧Ｖおよび温度Ｔに依存している。なお、（５）式等で括弧内の符号“Ｖ”あるいは“Ｔ”は、それぞれ電圧あるいは温度の関数であることを表わしている。
【００４６】
Ｐπ（Ｔ）＝４３．４６９−０．０２６７・Ｔ    ……（６）
【００４７】
可変光アッテネータ２００の温度依存性を最小とするためには、（５）式の偏角を温度Ｔで微分し、これがゼロに等しくなる抵抗値ＲSを求めればよい。すなわち、次の（７）式が成立するように抵抗値ＲSを求めればよい。
【００４８】
【数３】
2005141074.tif 000005
【００４９】
これにより、温度Ｔがある程度の範囲で変動しても電力Ｐの変動を無視できる可変光アッテネータ２００を実現することができる。図３はこのようにして得られた−５℃、２５℃および７０℃の各温度の測定結果を示したものであり、各温度特性を示す曲線が完全に一致して１つの曲線として描かれている。
【００５０】
すでに説明したように市販の抵抗素子２０７の抵抗値ＲSはヒータ２０５と比較すると温度変化に対する抵抗値の変動が無視できる程度に小さい。したがって、図１に示したように抵抗素子２０７をＳｉ基板２０１上に直接取り付けてその温度がヒータ２０５によって上昇しても、その影響は事実上無視することができる。
【００５１】
なお、本実施例では市販の抵抗素子２０７を使用したが、その取り付け部分に、抵抗温度係数が小さいタンタル等の薄膜抵抗をスパッタリング等の手法で形成して使用することも可能である。また、本実施例では対称マッハツェンダ干渉計を使用したが、１本の導波路を非対称な形で分岐しこれらを合波した非対称マッハツェンダ干渉計にも本発明を適用することができる。
【００５２】
＜発明の第１の変形例＞
【００５３】
図５は、本発明の第１の変形例としての可変光アッテネータアレイを示したものである。この可変光アッテネータアレイ３００は、図１に示した可変光アッテネータを基本的には多数配置したアレイ構造のモジュールである。可変光アッテネータアレイ３００は、モジュール本体３０１（あるいはサブキャリア）上に配置されたＳｉ基板３０２を備えている。この例ではＳｉ基板３０２の入力側にそれぞれのチャネル別に８本の光ファイバ３０３1〜３０３8の一端が取り付けられており、出力側にこれらのチャネル別の減衰後の光信号を出力する８本の光ファイバ３０４1〜３０４8の一端が取り付けられている。
【００５４】
Ｓｉ基板３０２には、図８で示した可変光アッテネータ１００と同様の構成の可変光アッテネータ（図示せず）が８個並列に配置されており、これらのうちの一方の電極（たとえば図８の第１の電極１０７に相当。）がモジュール本体３０１上の第１〜第８の接続用導体パターン３０６1〜３０６8の対応するものにボンディングワイヤ３０７1〜３０７8で接続されている。また、これらの可変光アッテネータの他方の電極（たとえば図８の第２の電極１０８に相当。）は、共通して接地用端子３０９にボンディングワイヤ３１０で接続されている。第１〜第８の接続用導体パターン３０６1〜３０６8と、これらに１対１で対応して設けられた第１〜第８の電源印加用端子３１２1〜３１２8の間には、それぞれ市販の抵抗素子３１３1〜３１３8が半田付けされて表面実装されている。
【００５５】
このような構成の可変光アッテネータアレイ３００では、８本の光ファイバ３０３1〜３０３8を伝送してきた光信号の強度に応じて、チャネル別に光信号の減衰率を変化させることができる。先の実施例では抵抗素子２０７がＳｉ基板２０１上に取り付けられていたが、この変形例ではモジュール内のＳｉ基板３０２外の領域に取り付けられている。この可変光アッテネータアレイ３００では、それぞれのチャネルの減衰比に応じた電圧が第１〜第８の電源印加用端子３１２1〜３１２8に印加される。減衰比が各チャネルで同一の場合には、第１〜第８の電源印加用端子３１２1〜３１２8を１つの端子として共用することもできる。この第１の変形例による可変光アッテネータアレイ３００でも、実施例と同様に環境温度が変動してもそれぞれのチャネルの消光特性が安定する。
【００５６】
なお、第１の変形例による可変光アッテネータアレイ３００のように先の実施例の可変光アッテネータでもグランド側にヒータ２０５を配置することが可能である。図６はこの場合の可変光アッテネータの等化回路を示したものである。この変形例の可変光アッテネータ２００Ａでは、先の実施例の図２とは逆にグランド側にヒータ２０５を配置している。
【００５７】
＜発明の第２の変形例＞
【００５８】
図７は、本発明の第２の変形例における光導波路型の光スイッチの構成の概要を表わしたものである。この光スイッチ４００は、図示しない光ファイバとそれぞれの両端を接続される１対の光導波路４０１、４０２と、これらの入力側および出力側の近傍に配置された第１および第２の方向性結合器４０３、４０４と、第１および第２の方向性結合器４０３、４０４に挟まれた一方の導波路部分に対応する位置に配置されており、一方の光導波路４０１を加熱するヒータ４０５とから構成されている。ヒータ４０５の一端を接続する第１の電極４０６は電圧Ｖの電源と接続されており、このヒータ４０５の他端を接続する第２の電極４０７とグランドの間には、抵抗温度係数が小さい市販の抵抗素子４０８が接続されている。
【００５９】
このような第２の変形例における光導波路型の光スイッチ４００は、２つの光導波路４０１、４０２の一方から信号光を入射すると共に、ヒータ４０５の温度によって位相差を生じさせることで、２つの出力側の一方から光信号を切り替えて出力するようになっている。この第２の変形例でも抵抗素子４０８がヒータ４０５と直列に接続されているので、温度に依らずスイッチング特性を安定化させることができる。
【００６０】
なお、図７に示したような光スイッチを基板の各チャネルに対応して配置することで、図５の可変光アッテネータアレイの場合と同様に光スイッチアレイを構成することができる。
【００６１】
以上説明したように本発明では、ヒータ加熱型の可変光アッテネータからなる可変光アッテネータ本体に直列に温度特性を最小とする固定抵抗を接続したことで、これまで問題となっていた消光特性の温度依存性を大幅に低減することができる。しかも本発明によれば、ヒータの電極材料を温度依存性の小さいものに選択する等の大きな設計変更を必要としないで、抵抗を使用するという極めて簡便な手段で温度特性を大きく改善することができる。このため、可変光アッテネータを使用した通信システムの構築のコストダウンを図ることができ、実用上極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施例の可変光アッテネータの構成を示した概略構成図である。
【図２】本実施例の可変光アッテネータの回路図である。
【図３】本実施例の可変光アッテネータにおける消光特性の温度依存性を示す特性図である。
【図４】本実施例で使用されるＳｉ基板の温度と屈折率の関係を示した特性図である。
【図５】本発明の第１の変形例としての可変光アッテネータアレイの概略構成図である。
【図６】図２に対して２つの抵抗を入れ替えて配置した可変光アッテネータの回路図である。
【図７】本発明の第２の変形例における光導波路型の光スイッチの概略構成図である。
【図８】従来使用されたマッハツェンダ型の光アッテネータの構造を示した概略構成図である。
【図９】図８に示した可変光アッテネータにおける消光特性の温度依存性を示す特性図である。
【図１０】図８に示した可変光アッテネータにおける電力に対して消光比をプロットした特性図である。
【符号の説明】
【００６３】
２００、２００Ａ  可変光アッテネータ
２０１、３０２  Ｓｉ基板
２０２  電極板
２０５、４０５  ヒータ
２０７、３１３、４０８  抵抗素子
２０８  導波路
３００  可変光アッテネータアレイ
３０１  モジュール本体
３０４  光ファイバ
４００  光スイッチ
４０１、４０２  光導波路
４０３、４０４  方向性結合器
【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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