(57)【要約】【解決手段】導波路型光分岐素子１において、第１の導波路４ａと第２の導波路４ｂの一方に温度付加機能７を設け、前記第１の導波路４ａと第２の導波路４ｂの少なくとも一方の導波路の長手方向の一部の導波路幅を異なるようにする。【効果】従来のような余分な工程を必要とせずに入力光が分岐した場合に生じるＴＭモード光とＴＥモード光との位相差を打ち消し、偏波依存性のない導波路型光分岐素子を提供することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置された少なくとも１本の入力導波路から分岐部を介して複数本の分岐導波路に光信号が分岐され、前記分岐された光信号が結合部で再結合されて出力導波路から出力される導波路型光分岐素子において、前記複数本の分岐導波路のうちの１本の導波路には温度付加機能が設けられているとともに、前記温度付加機能が設けられた導波路を含む複数本の分岐導波路のうち少なくとも１本の導波路は長手方向の一部において導波路幅が異なるように構成されていることを特徴とする偏波無依存性導波路型光分岐素子。
【請求項２】
前記導波路幅は温度付加機能を設けられていない導波路の長手方向の一部を太くすること特徴とする請求項１記載の偏波無依存性導波路型光分岐素子。
【請求項３】
前記導波路幅は温度付加機能を設けられた導波路の長手方向の一部を細くすること特徴とする請求項１記載の偏波無依存性導波路型光分岐素子。
【請求項４】
前記温度付加機能は薄膜ヒーターであること特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の偏波無依存性導波路型光分岐素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波依存性のない導波路型光分岐素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の通信ネットワークの進展に伴い光ファイバ通信網が急速に整備されてきている。光ファイバ通信網は基本的に屋外の光ファイバケーブルと屋内の機器等に配置されている光ファイバや平面型光導波路（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ；以下、ＰＬＣ）とを接続することで構成されている。
【０００３】
このような光ファイバ通信網の中では、波長の異なる複数の光信号を１本の光ファイバに多重化して伝送するＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；高密度波長多重）方式が実用化されている。
【０００４】
前述のような通信ネットワークの需要がますます高まる状況においては、大容量伝送システムに光増幅器の使用が不可欠とされているが、光増幅器は利得波長依存性を有するために受信機の飽和やＳ／Ｎ比の悪化などの問題が生じている。そして上記のような問題の解決手段の一つとして、伝送システム内に可変型光減衰器を設けて各波長毎に光信号レベルの調整を行う方法が行われている。
【０００５】
可変型光減衰器は、コアの一部を加熱することにより熱光学効果を利用してコアの屈折率を変化させ、入力された光信号のレベルを制御するようにしたものである。
【０００６】
図６に従来の可変型光減衰器の例を示す。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ´で切断した面を入力側から見た断面図である。即ち、従来の可変型光減衰器はシリコン基板６１の上に２つのＹ分岐６２ａ、６２ｂと２本の直線導波路６３ａ、６３ｂがクラッド６４中に配置されたマッハツェンダー干渉計回路を構成している。
【０００７】
このマッハツェンダー干渉計回路では、入力導波路６５に矢印のように光信号を入射すると、まず分岐部であるＹ分岐６２ａにおいて２本の分岐導波路６３ａ、６３ｂに光信号が均等に分岐し、結合部であるＹ分岐６２ｂにおいて光信号は再び結合するが、結合した光信号の強度は２本の導波路を通ってきた光の位相差により変化する。
【０００８】
ここで、マッハツェンダー干渉計回路の一方の分岐導波路６３ａの一部に薄膜ヒーター６６を配置し、この部分を加熱すると、ヒーター直下の導波路の屈折率が熱光学効果により変化するので実効的に光路長が変化する。即ち、ヒーターの加熱により一方の導波路を通る光信号の位相を変化させることで出力導波路４７から出力される光信号の減衰量を制御することができる。
【０００９】
なお、図６のＹ分岐の代わりに図７（ａ）に示すように方向性結合器７２ａ、７２ｂや図７（ｂ）に示すように多モード干渉型結合器７３ａ、７３ｂのような分岐部を用いた導波路型光分岐素子も考えられている。ここで、７５は薄膜ヒーターを示している。なお、本図の場合入力導波路は７０ａまたは７０ｂ、直線導波路は７１ａ、７１ｂで、例えば矢印のように７１ａから光信号を入力する。また、出力導波路は７４ａ、７４ｂである。
【００１０】
ところで、このような導波路型光分岐素子を作成する際には導波路を１０００℃以上の高温に熱して焼結した後常温に冷却する過程で、シリコン基板との熱膨張係数の違いからシリコン基板に対して水平方向に強い圧縮応力が残留する。また、ヒーターによる加熱部では局部的に膨張が生じ、シリコン基板から新たな圧縮応力を受けるため、熱光学効果による屈折率の変化に加えてこの圧縮応力による屈折率の変化が生じる。
【００１１】
上記の新たな圧縮応力による屈折率変化は、発生する応力に異方性が有るためにシリコン基板に対しても水平方向及び垂直方向に異方性を有する。従って、シリコン基板に対して水平な方向に電界成分を有するＴＥモード光とシリコン基板に対して水平な方向に磁界成分を有するＴＭモード光とで動作が異なり、ＴＭモード光の位相変化がＴＥモード光のそれよりも早く進むために、同じヒーター電力における減衰量の増加はＴＭモード光の方が大きくなる。その状況を図８に示す。そのため、偏波依存損失（ＴＭ、ＴＥモード光の減衰量差）と減衰量の関係では減衰量に伴って偏波依存損失が大きくなるという問題があった。
【００１２】
そこで、上記のような偏波依存性を解消するための手段として、導波路中央付近に溝を設け、その溝の中にλ／２板を挿入する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
その他、ヒーター部の両脇に応力解放溝を設け、ヒーター加熱時のＴＭ、ＴＥモード光の屈折率変化の差を最小限に抑える方法も提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
【００１４】
さらに、導波路の複屈折、即ちＴＭ、ＴＥモード光の屈折率差は導波路の幅（コア幅）に依存し、導波路幅が大きくなるほど複屈折が大きくなる。従って、導波路の一部にテーパ状導波路を設け、導波路幅を変化させる方法も提案されている（例えば、特許文献４、非特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開２００１−２７２５６１号公報
【特許文献２】
特開昭６３−１４７１１４号公報
【特許文献３】
特開昭６３−１８２６０８号公報
【特許文献４】
特開平５−６１０７６号公報
【非特許文献１】
２００１年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会予稿集Ｃ−３−９６
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
【００１６】
即ち、従来の技術のうち、導波路の中央部付近に溝を設け、溝の中にλ／２板を挿入する方法では、溝の作製とλ／２板の挿入という工程が増えるために好ましくない。また、ヒーター部の両脇に応力解放溝を設ける方法においても、やはり溝を作製する工程が増えるという問題があった。
【００１７】
一方、導波路のコアの幅を大きくする方法は偏波依存性の改善には有る程度の効果があるがまだ十分とは言えず、完全に偏波依存性をなくすことはできなかった。
【００１８】
本発明は上記の課題を解決し、偏波依存性を完全になくすようにした導波路型光分岐素子を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した課題を解決するために次のような構成とする。
【００２０】
まず第１の発明は、基板上に配置された少なくとも１本の入力導波路から分岐部を介して複数本の分岐導波路に光信号が分岐され、前記分岐された光信号が結合部で再結合されて出力導波路から出力される導波路型光分岐素子において、前記複数本の分岐導波路のうちの１本の導波路には温度付加機能が設けられているとともに、前記温度付加機能が設けられた導波路を含む複数本の分岐導波路のうち少なくとも１本の導波路は長手方向の一部において導波路幅が異なるように構成されていることを特徴とする。
【００２１】
また第２の発明は、前記第１の発明において、前記導波路幅は温度付加機能を設けられていない導波路の長手方向の一部を太くすること特徴とする。
【００２２】
さらに第３の発明は、前記第１の発明において、前記導波路幅は温度付加機能を設けられた導波路の長手方向の一部を細くすること特徴とする。
【００２３】
また第４の発明は、前記第１から第３の発明において、前記温度付加機能は薄膜ヒーターであること特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体例を用いて説明する。
【００２５】
図１は本発明の偏波無依存性導波路型光分岐素子の一実施の形態を表した図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ´面で切断して入力側から見た断面図である。図１（ａ）に示すように、本発明の偏波無依存性導波路型光分岐素子１はシリコン基板２の上に２つのＹ分岐３ａ、３ｂとコアである２本の直線導波路４ａ、４ｂがクラッド５中に配置されたマッハツェンダー干渉計回路を構成している。
【００２６】
このマッハツェンダー干渉計回路では、入力導波路６に矢印のように光信号を入射すると、Ｙ分岐３ａにおいて２本の導波路４ａ、４ｂに光信号が均等に分岐し、Ｙ分岐３ｂにおいて光信号は再び結合するが、本発明ではマッハツェンダー干渉計回路の一方の導波路４ａの一部に薄膜ヒーター７を配置し、さらにもう一方の導波路４ｂの長手方向の一部の導波路幅（コア幅）を大きくしてある。従って、２本の導波路４ａ、４ｂを通過してきたＴＭ、ＴＥモード光の位相差が相互に打ち消され、偏波依存性のない導波路型光分岐素子を実現することができる。
【００２７】
具体的な動作としては、例えばまずヒーターによる加熱を行わない状態で光信号を入力導波路６から入射する。入射された光信号は導波路４ｂの導波路幅が大きくなっているためにＴＭ、ＴＥモード光の位相差は改善されているがまだ十分ではない。そこで導波路４ａを加熱して熱光学効果により加熱前のＴＭ、ＴＥモード光の位相差を打ち消すようにして再結合された光信号を出力導波路８から出力させる。このようにして従来に比べて偏波無依存性に極めて優れた導波路型光分岐素子を実現できる。
【００２８】
また、導波路４ａに対する加熱温度を予め定めておく場合には、このとき発生するＴＭ、ＴＥモード光の位相差を打ち消すように導波路４ｂの導波路幅を適切に設定するようにしてもよい。このようにＴＭ、ＴＥモード光の位相差を打ち消すようにするために適宜最も適した動作を選定すればよく、特に限定されるものではない。
【００２９】
上記したように、本発明の偏波無依存性導波路型光分岐素子を用いると、図２に示すようにヒーター電力と減衰量の関係をプロットした場合、図８に示した関係とは異なり、ＴＭモード光とＴＥモード光が最大減衰量となるヒーター電力は等しくなる。
【００３０】
従って、図３に示すように、比較例として示す従来の導波路型光分岐素子が減衰量が大きくなるに伴い偏波依存損失も増加しているのに比べて、実施例である本発明の導波路型光分岐素子は減衰量が大きくなっても偏波依存損失は変化することがなく、偏波無依存性が保持されていることがわかる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。即ち、導波路の幅を長手方向で異ならせる場合に、図４に示すように薄膜ヒーターを設けた導波路４ａの長手方向の一部の幅を他の導波路部分４ｂの幅よりも細くすることでも差し支えない。また、Ｙ分岐３ａ、３ｂの部分を図５（ａ）に示すように方向性結合器９ａ、９ｂに変えても差し支えなく、あるいは図５（ｂ）に示すように多モード干渉型結合器１０ａ、１０ｂに変えてももちろん差し支えない。要するにＴＭモード光、ＴＥモード光の位相差がなくなるようにすればよいのであって、本発明の目的が適うならば特に構成は限定されない。なお、本発明の実施の形態では各図において同一箇所は同一番号で示している。
【００３２】
【発明の効果】
上記したように本発明によれば、導波路型光分岐素子において、第１の導波路と第２の導波路の一方に温度付加機能を設け、前記第１の導波路と第２の導波路の少なくとも一方の導波路の長手方向の一部の導波路幅を異なるようにしたので、入力光が分岐した場合に生じるＴＭモード光とＴＥモード光との位相差を打ち消し、偏波依存性のない導波路型光分岐素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を表した図である。
【図２】本発明のヒーター電力と減衰量の関係を表した図である。
【図３】本発明の減衰量と偏波依存損失との関係を示す図である。
【図４】本発明の他の実施例を表した図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例を表した図である。
【図６】従来技術の例を表した図である。
【図７】従来技術の他の例を表した図である。
【図８】従来技術の減衰量と偏波依存損失との関係を示す図である。
【符号の説明】
１・・・偏波無依存性導波路型光分岐素子
２・・・シリコン基板
３・・・Ｙ分岐
４・・・導波路（コア）
５・・・クラッド
６・・・入力導波路
７・・・薄膜ヒーター
８・・・出力導波路
【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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