(57)【要約】【課題】  熱光学光機能素子と光特性に温度依存性を有する光機能素子を同一の基板、あるいは、同一の複合基板の上に形成した熱光学光機能部品において、光機能の制御のために熱光学光機能素子へ印加する電力が変化すると、回路全体の温度が変化して、光機能が変動するという問題を解決する。【解決手段】  熱光学光機能素子６ａ〜６ｏと同一の基板上に、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄを形成し、例えば、光機能の制御のために熱光学光機能素子６ａ〜６ｏに印加される電力と、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄに印加される電力との総和が一定に保たれるように、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄに印加される電力を調整する。【選択図】        図１
2005250320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜ヒータへ電力を印加して光導波路に温度変化を与え、その温度変化によって誘起される屈折率変化を用いて光機能を制御する熱光学光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、光特性に温度依存性を有する光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、前記の熱光学光機能素子と前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子が同一の基板、あるいは、複数の構成基板を接合した１つの複合基板上に形成された熱光学光機能部品において、
前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータの他に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない擬似薄膜ヒータが少なくとも１つ、前記基板、あるいは、前記複合基板上に形成されていることを特徴とする熱光学光機能部品。
【請求項２】
前記擬似薄膜ヒータには、光機能の制御のために、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータに印加される電力が変化しても、前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子の温度がほぼ一定となるように、所定の電力が印加される構成としたことを特徴とする請求項１に記載の熱光学光機能部品。
【請求項３】
光機能の制御のために、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータに印加される電力と、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない前記の擬似薄膜ヒータに印加される電力との総和が一定になるように前記電力が印加される構成としたことを特徴とする請求項１に記載の熱光学光機能部品。
【請求項４】
前記の擬似薄膜ヒータの個数が複数であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか1項に記載の熱光学光機能部品。
【請求項５】
前記の擬似薄膜ヒータへ電力を印加することによって発生する熱が前記の熱光学光機能素子の光機能に影響を与えない位置に前記の擬似薄膜ヒータが配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱光学光機能部品。
【請求項６】
前記の熱光学光機能素子が、熱光学光スイッチ素子であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の熱光学光機能部品。
【請求項７】
前記の熱光学光機能素子が、熱光学可変光減衰器であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の熱光学光機能部品。
【請求項８】
前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子が、アレイ導波路回折格子、あるいは、非対称マッハツェンダー干渉計であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の熱光学光機能部品。
【請求項９】
前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子が、半導体レーザの出射光が光結合するように導波路にハイブリッド集積した導波路型レーザ光源であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の熱光学光機能部品。
【請求項１０】
前記の基板がシリコンからなり、導波路を構成する材料が石英を主成分とするガラス材料であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の熱光学光機能部品。
【請求項１１】
薄膜ヒータへ電力を印加して光導波路に温度変化を与え、その温度変化によって誘起される屈折率変化を用いて光機能を制御する熱光学光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、光特性に温度依存性を有する光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、前記の熱光学光機能素子と前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子が同一の基板、あるいは、複数の構成基板を接合した１つの複合基板上に形成され、
更に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータの他に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない擬似薄膜ヒータが少なくとも１つ、前記基板、あるいは、前記複合基板上に形成されている熱光学光機能部品の制御方法であって、
前記擬似薄膜ヒータには、光機能の制御のために、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータに印加される電力が変化しても、前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子の温度がほぼ一定となるように、所定の電力を印加することを特徴とする熱光学光機能部品の制御方法。
【請求項１２】
薄膜ヒータへ電力を印加して光導波路に温度変化を与え、その温度変化によって誘起される屈折率変化を用いて光機能を制御する熱光学光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、光特性に温度依存性を有する光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、前記の熱光学光機能素子と前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子が同一の基板、あるいは、複数の構成基板を接合した１つの複合基板上に形成され、
更に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータの他に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない擬似薄膜ヒータが少なくとも１つ、前記基板、あるいは、前記複合基板上に形成されている熱光学光機能部品の制御方法であって、
光機能の制御のために、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータに印加する電力と、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない前記の擬似薄膜ヒータに印加する電力との総和が一定になるように前記電力を印加することを特徴とする熱光学光機能部品の制御方法。
【請求項１３】
前記の薄膜ヒータと前記の擬似薄膜ヒータに印加する電力の総和を、一定で、且つ、熱光学光機能部品の光機能の制御のために必要な電力の最大値とすることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の熱光学光機能部品の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱光学光機能素子と他の光機能素子を集積した熱光学光機能部品及びその制御方法に関する発明である。更に詳しくは、熱光学光機能素子と光特性に温度依存性を有する光機能素子から構成される熱光学光機能部品の光特性の熱光学光機能素子の駆動状態の変動に対する安定性を改善するための回路構成、及び、その制御方法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、マルチメディアの普及に伴う通信トラフィックの増大や情報の多様化を背景に、高速で大容量な通信システムの実現への要求が益々高まっており、研究開発が盛んに行われている。各種大容量通信システムの中でも、複数の波長の異なる光を多重化して伝送する波長分割多重（ＷＤＭ）通信方式は、光ファイバ１本当りの通信容量を容易に向上する技術として大きな期待を集めている。当初、ＷＤＭ通信方式は、ポイント・ツー・ポイントと呼ばれる２ノード間の伝送システムに導入されていたが、光通信用デバイスなどの周辺技術の進歩により、最近では、メッシュ構成やスター構成を用いた多ノード間の通信システムへ、更には、トラフィック需要やネットワークの障害状況に合わせて多ノード間の伝送パスをダイナミックに切り替える高度な通信システムへと進化を遂げている。このような中、可変波長光源や可変波長フィルタや波長パス切り替え器などの波長チャネルをダイナミックに切り替えることができる高機能ＷＤＭ用光デバイスの実現が強く望まれている。
【０００３】
このような中、プレーナ光波回路（ＰＬＣ）技術により作製されるＰＬＣ型光デバイスは、高機能ＷＤＭ用光デバイスを実現する方法として期待されている。ＰＬＣ型光デバイスは、ＬＳＩの作製に用いられるフォトリソグラフィ技術やドライエッチング技術などの高度な微細加工技術を使用して作製されるため、光路長を高い精度で制御することができ、特性の優れた光干渉回路を作製することができる。この利点を生かし、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）や非対称マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）型光フィルタなどの高機能光波長フィルタや、ヒータを装荷したＭＺＩにより構成され、ヒータへの電力印加により光機能をダイナミックに切り替えることができる熱光学光スイッチ（ＴＯＳＷ）や可変光減衰器（ＶＯＡ）などの熱光学光機能素子も実現されている。
【０００４】
以下、ＰＬＣ型光デバイスの例として、ＡＷＧと非対称ＭＺＩ型光波長フィルタとヒータ装荷型ＭＺＩについて説明する。
【０００５】
ＡＷＧの構成図を図７に示す。同図は１入力１０出力のＡＷＧの例である。ＡＷＧ８は入力チャネル導波路３１と、２つのスラブ導波路３５ａ，３５ｂと、外側の導波路ほど導波路の長さが一定間隔で長くなるように構成されたチャネル導波路アレイ３６と、出力チャネル導波路３２（第１〜第１０の出力チャネル導波路３２ａ〜３２ｊ）とから構成される。ＡＷＧは、波長合分波器として用いられ、入力チャネル導波路３１に波長多重された光を入射すると、出力チャネル導波路３２（第１〜第１０の出力チャネル導波路３２ａ〜３２ｊ）のそれぞれに異なる波長の光信号が出力される。入力チャネル導波路３１が第１のスラブ導波路の中心線上に配置され、且つ、出力チャネル導波路３２ｅが第２のスラブ導波路の中心線上に配置されている場合、入力チャネル導波路３１と出力チャネル導波路３２ｅの間で低損失に光結合する光の波長を中心波長λcと呼び、チャネル導波路アレイ３６の実行屈折率をｎe、チャネル導波路アレイ３６の隣接する導波路間の導波路長の差をΔＬ、回折次数をｍとすると、（式１）で表される。
【０００６】
【数１】
2005250320.tif 000003
【０００７】
ここで、温度変化が生じた時の中心波長の変化量を考えてみると、温度変化ΔＴにより生じるλcの変化量Δλcは、（式２）で表される。
【０００８】
【数２】
2005250320.tif 000004
【０００９】
（式２）において、右辺第１項は屈折率の温度変化によって生じる中心波長変化を表し、右辺第２項は導波路の熱膨張で導波路長が物理的に変化することによって生じる中心波長変化を表している。同式中のＣが中心波長の温度依存性を表す係数であり、ΔλcはΔＴとＣの積で表される。
【００１０】
次に、非対称ＭＺＩ型光波長フィルタについて説明する。非対称ＭＺＩ型光波長フィルタの構造を図８に示す。非対称ＭＺＩ型光波長フィルタは、入力チャネル導波路３１ａ，３１ｂと２つのカップラ３３ａ，３３ｂと、長さが異なる２本のアーム導波路３４ａ，３４ｂと、出力チャネル導波路３２ａ，３２ｂとから構成される。入力チャネル導波路３１ａから入力された光は第１のカップラ３３ａでアーム導波路３４ａ，３４ｂに分岐され、アーム導波路３４ａ，３４ｂを伝搬した後に第２のカップラ３３ｂで合波され、出力チャネル導波路３２ａ，３２ｂから出力される。ここで、２つのカップラ３３ａ，３３ｂがともに３ｄＢカップラであると仮定すると、入力チャネル導波路３１ａに光強度が｜Ｅ0｜2の光を入射した場合、出力チャネル導波路３２ａに出力される光の光強度｜Ｅ1｜2と、出力チャネル導波路３２ｂに出力される光の光強度｜Ｅ2｜2は、それぞれ（式３）と（式４）で表される。
【００１１】
【数３】
2005250320.tif 000005
【００１２】
ここで、Δφは長さの異なる２本のアーム導波路３４ａ，３４ｂを伝搬する光に生じる光位相差であり、（式５）で表される。
【００１３】
【数４】
2005250320.tif 000006
【００１４】
ここで、ΔＬはアーム導波路３４ａ，３４ｂの導波路長の差、ｎeはアーム導波路の実効屈折率、λは伝搬光の波長である。（式３）と（式４）から分かるように、Ｍを整数として、Δφ＝Ｍπになる光波長の光は出力チャネル導波路３２ｂに出力し、Δφ＝（Ｍ＋１／２）πになる光波長の光は出力チャネル導波路３２ａに出力する。更に、（式５）から分かるように、波長が変化するとΔφが連続的に変化するため、波長変化に対して光が出力する出力チャネル導波路が周期的に切り替わる光波長フィルタとして動作する。また、干渉次数がｍの干渉条件を満たし、光が出力チャネル導波路３２ｂから出力される時の光波長λmは、（式１）のλcをλmに置き換えた式で表され、また、温度変化に対するλmの変化量は、（式２）のλcをλmに置き換えた式で表される。非対称ＭＺＩ型光フィルタの場合にも、ＡＷＧの場合と同様に、温度変化に対するλmの変化量は、温度変化量ΔＴと温度依存性を表す係数Ｃの積で表される。
【００１５】
以上、ＡＷＧと非対称ＭＺＩ型光波長フィルタを例にあげて記述したとおり、ＰＬＣ型光波長フィルタの場合、温度変化に対する光波長特性はＣに比例してシフトし、Ｃの値は石英ガラス導波路の場合で約０．０１［ｎｍ／℃］程度であり、ポリマー導波路の場合で−０．５［ｎｍ／℃］程度（ＰＭＭＡ導波路の場合）であり、半導体導波路の場合で０．１［ｎｍ／℃］程度である。
【００１６】
また、詳細な説明は省略するが、半導体レーザも発振光波長や発振閾値電流、出力パワーなどの特性に大きな温度依存性を有している。一例を挙げると、活性層をミラーで挟んだファブリペロー型半導体レーザでは、温度が変化すると活性層を構成する半導体材料の屈折率が変わって共振条件が変わり、且つ、活性層の利得スペクトルが波長軸上でシフトするため、発振波長が変化する。半導体レーザの発振波長の温度依存性は、１℃の温度変化に対して、約０．４ｎｍ程度である。
【００１７】
次に、熱光学光機能素子の一例として、ＴＯＳＷやＶＯＡとして用いられるヒータ装荷型ＭＺＩについて説明する。ヒータ装荷型ＭＺＩの構成図を図９に示す。同図（ａ）は上面から見た平面図で、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡ−Ａ’線上の断面図である。ヒータ装荷型ＭＺＩは、入力チャネル導波路３１ａ，３１ｂと２つのカップラ３３ａ，３３ｂと、２本のアーム導波路３４ａ，３４ｂと、出力チャネル導波路３２ａ，３２ｂと、薄膜ヒータ４とから構成される。入力チャネル導波路３１ａ，３１ｂから入力された光は第１のカップラ３３ａでアーム導波路３４ａ，３４ｂに分岐され、アーム導波路３４ａ，３４ｂを伝搬した後に第２のカップラ３３ｂで合波され、出力チャネル導波路３２ａ，３２ｂから出力される。入力チャネル導波路３１ａに光強度が｜Ｅ0｜2の光を入射した場合、出力チャネル導波路３２ａに出力される光の光強度｜Ｅ1｜2と出力チャネル導波路３２ｂに出力される光の光強度｜Ｅ2｜2は、それぞれ（式３）と（式４）と同じ式で表される。ヒータ装荷型ＭＺＩの場合、アーム導波路の導波路長の差をΔＬとし、アーム導波路の実効屈折率をｎeとし、伝搬光の光波長をλとし、薄膜ヒータ４に印加する電力をＰ［Ｗ］とすると、アーム導波路３４ａ，３４ｂの光路長差Δφは（式６）で表される。
【００１８】
【数５】
2005250320.tif 000007
【００１９】
ここで、ｄφ／ｄＰは薄膜ヒータ４に１Ｗの電力を印加したことによりアーム導波路３４ａを伝搬する光に与えられる光位相変化量であり、この値は導波路材料の屈折率の温度依存性や導波路の構造などのパラメータにより決定される。ヒータ装荷型ＭＺＩの場合、（式３）と（式４）から分かるように、Ｍを整数とし、薄膜ヒータに電力を印加してΔφを変化させて、Δφ＝Ｍπに調整すると入力チャネル導波路３１ａから入射した光が出力チャネル導波路３２ｂに出力し、Δφ＝（Ｍ＋１／２）πに調整すると入力チャネル導波路３１ａから入射した光が出力チャネル導波路３２ａに出力し、また、Δφを中間的な値に調整すると、Δφの値に応じた光強度比で２つの出力チャネル導波路３２ａ，３２ｂに光を出力することができる。例えば、無電力印加時の２本のアーム導波路３４ａ，３４ｂの光路長が等しい、即ち、（式６）の右辺第１項がゼロである場合には、Ｐ＝（π／２）／（ｄφ／ｄＰ）の電力の印加の有無により光が出力される出力チャネル導波路を３２ａと３２ｂの間で切り替える光スイッチとして機能し、また、Ｐ＝０〜（π／２）／（ｄφ／ｄＰ）の範囲で電力を調整することにより、入力チャネル導波路３１ａから入射した光が、出力チャネル導波路３２ｂに至るまでに与えられる光減衰量を０〜∞ｄＢの範囲で連続的に調整する可変光減衰器として機能する。
【００２０】
以上で説明したＰＬＣ型デバイスはシングルモード光ファイバとの接続容易性や低損失性、高信頼性、高温度安定性など光通信用光デバイスの実現形態として優れた特徴を有している。また、導波路型の光デバイスであるために、複数の光機能素子を容易に集積化して、より高機能な光デバイスを実現することができるという大きな特徴を有している。更に、基板の端面や表面にＬＤやＰＤなどの半導体素子を導波路と光結合するように搭載する光ハイブリッド集積技術も開発されており、高い機能性、高速性を持つ半導体光素子などと集積化して更に高機能なＰＬＣ型光デバイスを実現することもできる。上記の優れた特徴を生かして、既に、複数の光機能素子を集積したＰＬＣ型高機能光デバイスが開発されている。例えば、熱光学光機能素子と光波長フィルタを集積した熱光学光機能部品の例として、複数の２×１光スイッチをツリー状に接続したＮ×１型光スイッチとＡＷＧを集積した波長チャネルセレクタが実現されている（例えば、下記の非特許文献１参照）。波長チャネルセレクタの概略構成を図６に示す。このような熱光学光機能素子と光波長フィルタを集積した熱光学光機能部品では、ＴＯＳＷやＶＯＡなどの熱光学光機能素子へ印加する電力を変えることで、光機能をダイナミックに制御することができる。また、特性が優れたＰＬＣ型光波長フィルタや半導体光素子を用いているために特性が優れた高機能光デバイスを実現することができる。また、同一基板上、あるいは、複数の構成基板を接合した１つの複合基板上に作製することにより、小型で、且つ、低コストな高機能光デバイスを実現することができる。
【００２１】
【非特許文献１】石井、他「ＰＬＣ型８チャネル波長セレクタ」２００２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−３−６５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、ＴＯＳＷやＶＯＡなどの熱光学光機能素子と、光波長フィルタや半導体光素子などの他の光機能素子を、同一の基板、あるいは、複数の構成基板を接合した１つの複合基板上に形成した熱光学光機能部品では、光機能を制御するために熱光学光機能素子に印加する電力が変化し、電力印加により発生する熱量が変わった場合に、熱が基板を伝わって熱光学光機能部品全体の温度が変化し、光波長フィルタや半導体光素子などの光特性に温度依存性を有する光機能素子の光特性が変化してしまうという問題があった。
【００２３】
具体的には、上記の通り、光波長フィルタでは透過波長がシフトし、また、半導体レーザでは発振波長や発振閾値電流、出力パワーが変動するなどの問題が生じていた。上記のような特性変動はＷＤＭ光通信システムの伝送特性を劣化させる。その劣化の度合いはチャネル波長間隔が狭いほど大きく、特に、チャネル波長間隔が概ね２００ＧＨｚ以下の高密度ＷＤＭ（ＤＷＤＭ）光通信システムでは大きな問題となる。また、波長特性を規定される波長グリッドに正確に合わせるために、ペルチェ素子やヒータなどと温度モニタを用いて熱光学光機能部品の温度制御を行った場合でも、熱光学光機能部品への印加電力の変化が大きく、それに伴う温度変化が温度調整器の調整能力を超えた場合には、温度制御動作が実際の温度変化に追随できずに、ＰＬＣ型光波長フィルタや半導体光素子などの温度依存性を有する光機能素子の光特性が変動してしまう問題が生じる。
【００２４】
また、温度が変化しても光特性が変動しないように、ＰＬＣ型光波長フィルタや半導体光素子などを温度無依存化する方法もあるが、製造コストが高くなる、損失などの特性が劣化するといった問題が生じる。ＡＷＧの温度無依存化を例としてあげると、アレイ導波路部に溝を加工してその中にシリコーン樹脂を充填する方法が実現されているが、光が溝を通過する際に生じる回折によって損失が増えたり、溝加工やシリコーン樹脂の充填などの付加的な工程によって製造コストが高くなる問題が生じる。また、熱光学光機能素子と光特性に温度依存性を有する光機能素子を別の基板に作製して光ファイバで接続する、あるいは、熱光学光機能素子と光特性に温度依存性を有する光機能素子を離して配置するなどして熱的な干渉を起こさないようにする方法も考えられるが、回路寸法が大きくなる、また、複数基板間を光ファイバで接続する工程などの付加的な工程により、製造コストが高くなるなどの問題が生じる。
【００２５】
本発明の目的は、上記の問題点を解決することであり、光機能の制御のために熱光学光機能素子へ印加される電力が変動しても、光機能素子の光特性を変動させないようにすることができ、且つ、低コストで小型な熱光学光機能部品及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的を達成するために、第１発明の熱光学光機能部品は、薄膜ヒータへ電力を印加して光導波路に温度変化を与え、その温度変化によって誘起される屈折率変化を用いて光機能を制御する熱光学光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、光特性に温度依存性を有する光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、前記の熱光学光機能素子と前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子が同一の基板、あるいは、複数の構成基板を接合した１つの複合基板上に形成された熱光学光機能部品において、
前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータの他に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない擬似薄膜ヒータが少なくとも１つ、前記基板、あるいは、前記複合基板上に形成されていることを特徴とする。
【００２７】
また、第２発明の熱光学光機能部品は、第１発明の熱光学光機能部品において、前記擬似薄膜ヒータには、光機能の制御のために、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータに印加される電力が変化しても、前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子の温度がほぼ一定となるように、所定の電力が印加される構成としたことを特徴とする。
【００２８】
また、第３発明の熱光学光機能部品は、第１発明の熱光学光機能部品において、光機能の制御のために、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータに印加される電力と、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない前記の擬似薄膜ヒータに印加される電力との総和が一定になるように前記電力が印加される構成としたことを特徴とする。
【００２９】
また、第４発明の熱光学光機能部品は、第１発明から第３発明のいずれか１つの熱光学光機能部品において、前記の擬似薄膜ヒータの個数が複数であることを特徴とする。
【００３０】
また、第５発明の熱光学光機能部品は、第１発明から第４発明のいずれか１つの熱光学光機能部品において、前記の擬似薄膜ヒータへ電力を印加することによって発生する熱が前記の熱光学光機能素子の光機能に影響を与えない位置に前記の擬似薄膜ヒータが配置されていることを特徴とする。
【００３１】
また、第６発明の熱光学光機能部品は、第１発明から第５発明の何れか１つの熱光学光機能部品において、前記の熱光学光機能素子が、熱光学光スイッチ素子であることを特徴とする。
【００３２】
また、第７発明の熱光学光機能部品は、第１発明から第５発明の何れか１つの熱光学光機能部品において、前記の熱光学光機能素子が、熱光学可変光減衰器であることを特徴とする。
【００３３】
また、第８発明の熱光学光機能部品は、第１発明から第７発明のいずれか１つの熱光学光機能部品において、前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子が、アレイ導波路回折格子、あるいは、非対称マッハツェンダー干渉計であることを特徴とする。
【００３４】
また、第９発明の熱光学光機能部品は、第１発明から第７発明の何れか１つの熱光学光機能部品において、前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子が、半導体レーザの出射光が光結合するように、導波路にハイブリッド集積した導波路型レーザ光源であることを特徴とする。
【００３５】
また、第１０発明の熱光学光機能部品は、第１発明から第９発明のいずれか１つの熱光学光機能部品において、前記の基板がシリコンからなり、導波路を構成する材料が石英を主成分とするガラス材料であることを特徴とする。
【００３６】
また、第１１発明の熱光学光機能部品の制御方法は、薄膜ヒータへ電力を印加して光導波路に温度変化を与え、その温度変化によって誘起される屈折率変化を用いて光機能を制御する熱光学光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、光特性に温度依存性を有する光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、前記の熱光学光機能素子と前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子が同一の基板、あるいは、複数の構成基板を接合した１つの複合基板上に形成され、
更に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータの他に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない擬似薄膜ヒータが少なくとも１つ、前記基板、あるいは、前記複合基板上に形成されている熱光学光機能部品の制御方法であって、
前記擬似薄膜ヒータには、光機能の制御のために、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータに印加される電力が変化しても、前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子の温度がほぼ一定となるように、所定の電力が印加することを特徴とする。
【００３７】
また、第１２発明の熱光学光機能部品の制御方法は、薄膜ヒータへ電力を印加して光導波路に温度変化を与え、その温度変化によって誘起される屈折率変化を用いて光機能を制御する熱光学光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、光特性に温度依存性を有する光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、前記の熱光学光機能素子と前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子が同一の基板、あるいは、複数の構成基板を接合した１つの複合基板上に形成され、
更に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータの他に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない擬似薄膜ヒータが少なくとも１つ、前記基板、あるいは、前記複合基板上に形成されている熱光学光機能部品の制御方法であって、
光機能の制御のために、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータに印加する電力と、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない前記の擬似薄膜ヒータに印加する電力との総和が一定になるように前記電力を印加することを特徴とする。
【００３８】
また、第１３発明の熱光学光機能部品の制御方法は、第１１発明または第１２発明の熱光学光機能部品の制御方法において、前記の薄膜ヒータと前記の擬似薄膜ヒータに印加する電力の総和を、一定で、且つ、熱光学光機能部品の光機能の制御のために必要な電力の最大値とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３９】
以上のような、第１発明の熱光学光機能部品においては、薄膜ヒータへ電力を印加して光導波路に温度変化を与え、その温度変化によって誘起される屈折率変化を用いて光機能を制御する熱光学光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、光特性に温度依存性を有する光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、前記の熱光学光機能素子と前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子が同一の基板、あるいは、複数の構成基板を接合した１つの複合基板上に形成された熱光学光機能部品において、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータの他に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない擬似薄膜ヒータが少なくとも１つ、前記基板、あるいは、前記複合基板上に形成されていることを特徴とするため、擬似薄膜ヒータへ印加する電力を自由に調整して、熱光学光機能部品への総印加電力を自由に調整することができる。従って、光機能の制御のために熱光学光機能素子の薄膜ヒータへ印加する電力が変化した場合でも、擬似薄膜ヒータへ印加する電力を適宜調整して、熱光学光機能部品への総印加電力を適宜に調整することにより、光機能素子の温度変化を抑制することができ、その結果、温度変化による光機能素子の光特性の変動を抑制することができて安定な熱光学光機能部品を実現することができる。例えば、光機能の制御のために熱光学光機能素子の薄膜ヒータに印加される電力と、擬似薄膜ヒータに印加される電力との総和が一定になるように、擬似薄膜ヒータに電力を印加することもでき、この場合には熱光学光機能素子の薄膜ヒータへ印加する電力が変化しても、光機能素子の温度を常に一定に保つことができるため、温度変化による光機能素子の光特性の変動を確実に防止することができる。
【００４０】
また、第２発明の熱光学光機能部品によれば、擬似薄膜ヒータには、光機能の制御のために、熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータに印加される電力が変化しても、光特性に温度依存性を有する光機能素子の温度がほぼ一定となるように、所定の電力が印加される構成としたことを特徴とするため、温度変化による光機能素子の光特性の変動を抑制することができて安定な熱光学光機能部品を実現することができる。
【００４１】
また、第３発明の熱光学光機能部品によれば、光機能の制御のために熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する薄膜ヒータに印加される電力と、熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない擬似薄膜ヒータに印加される電力との総和が一定になるように構成したことを特徴とするため、光機能の制御のために熱光学光機能素子の薄膜ヒータへ印加する電力が変化しても、光機能素子の温度を常に一定に保つことができ、より確実に温度変化による光機能素子の光特性の変動を防止して、より安定な熱光学光機能部品を実現することができる。
【００４２】
また、第４発明の熱光学光機能部品によれば、擬似薄膜ヒータの個数が複数であるため、熱光学光機能部品への総印加電力を調整するために擬似薄膜ヒータへ印加される電力を複数の擬似薄膜ヒータに分配して、擬似薄膜ヒータ１個あたりの印加電力を少なくすることができるために、電力を印加することによって発生し、大きな電力を印加するほど大きくなる、擬似薄膜ヒータの抵抗値変動や断線などの経時劣化を低くすることができる。
【００４３】
また、第５発明の熱光学光機能部品によれば、擬似薄膜ヒータへ電力を印加することによって発生する熱が熱光学光機能素子の光機能に影響を与えない位置に擬似薄膜ヒータを配置することによって、熱光学光機能部品の光機能制御と独立に擬似薄膜ヒータへ印加する電力を自由に設定することができるため、熱光学光機能素子の薄膜ヒータと擬似薄膜ヒータへ印加すべき電力を容易に決定できる。
【００４４】
また、第６発明または第７発明の熱光学光機能部品によれば、熱光学光機能素子が、熱光学光スイッチ素子または熱光学可変光減衰器であることを特徴とするため、光スイッチ機能や可変光減衰機能の制御のために熱光学光スイッチ素子または熱光学可変光減衰器の薄膜ヒータへ印加する電力が変化した場合でも、擬似薄膜ヒータへ印加する電力を適宜調整して、熱光学光機能部品への総印加電力を適宜に調整することにより、光機能素子の温度変化を抑制することができ、その結果、温度変化による光機能素子の光特性の変動を抑制することができて安定な熱光学光機能部品を実現することができる。
【００４５】
また、第８発明または第９発明の熱光学光機能部品によれば、光機能素子が、アレイ導波路回折格子、非対称マッハツェンダー干渉計、または、導波路型レーザ光源であることを特徴とするため、光機能の制御のために熱光学光機能部品の薄膜ヒータへ印加する電力が変化した場合でも、擬似薄膜ヒータへ印加する電力を適宜調整して、熱光学光機能部品への総印加電力を適宜に調整することにより、アレイ導波路回折格子、非対称マッハツェンダー干渉計、または、導波路型レーザ光源の温度変化を抑制することができ、その結果、温度変化によるアレイ導波路回折格子または非対称マッハツェンダー干渉計の波長変動などや、導波路型レーザ光源の発振波長の変動などを抑制することができて安定な熱光学光機能部品を実現することができる。
【００４６】
また、第１０発明の熱光学光機能部品によれば、基板がシリコンからなり、導波路を構成する材料が石英を主成分とするガラス材料であるため、低損失性や長期信頼性、光ファイバとの接続性、温度安定性などに優れた熱光学光機能部品を実現することができる。更に、導波路材料である石英を主成分とするガラス材料と比較して、基板材料であるシリコンの熱伝導率が１００倍大きいため、薄膜ヒータに電力を印加して発生した熱が基板方向に逃げ、水平方向の熱の拡散が抑制されて局所的な温度変化を与えることができ、熱光学光機能素子の小型化が図れ、それに伴って熱光学光機能部品も小型化できる。
【００４７】
また、第１１発明の熱光学光機能部品の制御方法によれば、薄膜ヒータへ電力を印加して光導波路に温度変化を与え、その温度変化によって誘起される屈折率変化を用いて光機能を制御する熱光学光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、光特性に温度依存性を有する光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、前記の熱光学光機能素子と前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子が同一の基板、あるいは、複数の構成基板を接合した１つの複合基板上に形成され、更に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータの他に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない擬似薄膜ヒータが少なくとも１つ、前記基板、あるいは、前記複合基板上に形成されている熱光学光機能部品の制御方法であって、前記擬似薄膜ヒータには、光機能の制御のために、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータに印加される電力が変化しても、前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子の温度がほぼ一定となるように、所定の電力が印加することを特徴とするため、温度変化による光機能素子の光特性の変動を抑制することができて熱光学光機能部品の安定化を実現することができる。
【００４８】
また、第１２発明の熱光学光機能部品の制御方法によれば、薄膜ヒータへ電力を印加して光導波路に温度変化を与え、その温度変化によって誘起される屈折率変化を用いて光機能を制御する熱光学光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、光特性に温度依存性を有する光機能素子を少なくとも１つ具備し、且つ、前記の熱光学光機能素子と前記の光特性に温度依存性を有する光機能素子が同一の基板、あるいは、複数の構成基板を接合した１つの複合基板上に形成され、更に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータの他に、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない擬似薄膜ヒータが少なくとも１つ、前記基板、あるいは、前記複合基板上に形成されている熱光学光機能部品の制御方法であって、光機能の制御のために、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する前記の薄膜ヒータに印加する電力と、前記の熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない前記の擬似薄膜ヒータに印加する電力との総和が一定になるように前記電力を印加することを特徴とするため、光機能の制御のために熱光学光機能素子の薄膜ヒータへ印加する電力が変化しても、光機能素子の温度を常に一定に保つことができ、より確実に温度変化による光機能素子の光特性の変動を防止して、熱光学光機能部品をより安定化させることができる。
【００４９】
また、第１３発明の熱光学光機能部品の制御方法によれば、薄膜ヒータと擬似薄膜ヒータに印加する電力の総和を、一定で、且つ、熱光学光機能部品の光機能の制御のために必要な電力の最大値とすることを特徴とするため、印加される電力の総和を必要最小限に保つことができる。
【００５０】
上記の本発明の熱光学光機能部品、及び、その制御方法は、より高い精度で光機能素子の透過波長や発振波長などを規定された光波長グリッドに合わせる必要がある、よりチャネル間隔が狭いＷＤＭ光通信システムで用いられるＷＤＭ光機能部品に適用した場合であるほど、その効果は大きく、特に、極めて高い波長精度が要求される、チャネル間隔が概ね２００ＧＨｚ以下のＤＷＤＭ光通信システム用光機能部品に適用した場合には絶大な効果が得られる。更に、上記の本発明の熱光学光機能部品、及び、その制御方法は、光機能の制御のために生じる印加電力の変動がより大きい熱光学光機能部品に適用した場合に、より大きな効果が得られ、例えば、最も端の出力チャネル導波路から、反対側の最も端の出力チャネル導波路へ、光が出力される出力チャネル導波路を切り替える場合に大きな印加電力の変動が生じる、１×２光スイッチをツリー状に接続した１×Ｎ光スイッチや、全てのＴＯＳＷが駆動される状態から全てのＴＯＳＷが駆動されない状態へ切り替える場合に大きな印加電量の変動が生じる、複数個の２×２光スイッチを並列に並べた光スイッチアレイなどに適用した場合に絶大な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、以下の実施例では、導波路材料として石英を主成分としたガラス材料を用いたが、本技術はこれに制限されるものでなく、半導体材料や有機誘電体材料や他の無機誘電体材料などの他の導波路材料を用いた場合にも適用することができ、熱光学光機能素子の駆動状態の変動に対する波長安定化の効果が本実施例と同様に得られ、更には、導波路材料の温度依存性が大きいほどその効果は大きい。また、本実施例では、基板としてシリコンを使用したが、本技術はこれに制限されるものでなく、他の半導体材料からなる基板や石英など他の無機誘電体材料を基板材料として用いた場合にも適用することができ、本実施例と同様に上記の効果が得られる。
〔実施例１〕
【００５２】
本発明の第１の実施例に係る熱光学光機能部品の構成を図１に示す。
同図に示すように、本実施例は、石英系プレーナ光波回路で作製されたＡＷＧ８と、ヒータ装荷型ＭＺＩからなる１５個の２×１光スイッチ６ａ〜６ｏをツリー状に接続した１６×１光スイッチ１０を集積して、２×１光スイッチ６ａ〜６ｏの駆動パターンを切り替えることによって、入力チャネル導波路３１に入力された１６波のＷＤＭ光信号のうち、任意の１波の光信号を出力チャネル導波路３２に出力する波長チャネルセレクタを構成した例である。
【００５３】
同図において、ＡＷＧ８と２×１光スイッチ６ａ〜６ｏは模式図で表しており、詳細構造はそれぞれ図７と図９に示すとおりである。ＡＷＧ８の設計パラメータは、チャネル間隔が５０ＧＨｚ、ＦＳＲが３２ｃｈ（１６００ＧＨｚ）、チャネル導波路アレイ３６の本数が１２５本、チャネル導波路アレイ３６の隣接導波路長差（ΔＬ）が１２５μｍ、スラブ導波路３５ａ，３５ｂの焦点距離が９ｍｍであり、３ｄＢ透過帯域幅は約０．２ｎｍである。ＡＷＧ８として、１入力１７出力のものを使用し、出力側の１７本の導波路のうち、１６本の導波路はチャネル導波路３７（第１〜第１６のチャネル導波路３７ａ〜３７ｐ）を介して１６×１光スイッチ１０と接続し、残りの１本はＡＷＧ８単体の特性評価用のモニタ導波路３８として回路端まで接続した。
【００５４】
また、２×１光スイッチ６ａ〜６ｏは、カップラ３３ａ，３３ｂが方向性結合器で構成された３ｄＢカップラであり、アーム導波路３４ａ，３４ｂの光路長が等しく、アーム導波路３４ａの上部の上部クラッド２ｂ上に薄膜ヒータ４が装荷されている。図１中の２×１光スイッチ６ａ〜６ｏの模式図は、図９（ｃ）に示すとおり、角を黒色で塗りつぶした側の入力チャネル導波路が３１ａ、その反対側の入力チャネル導波路が３１ｂ、出力チャネル導波路が３２ｂであり、薄膜ヒータ４に電力を給電しない場合には、入力チャネル導波路３１ａと出力チャネル導波路３２ｂが光学的に接続され、アーム導波路３４ａを伝搬する光にλ／２の位相差を与える電力（以下、スイッチング電力と呼ぶ）を薄膜ヒータ４に給電した場合には、入力チャネル導波路３１ｂと出力チャネル導波路３２ｂが光学的に接続される。なお、本実施例で用いた２×１光スイッチ６ａ〜６ｏのスイッチング電力は全て０．５Ｗである。
【００５５】
本実施例では、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄへの電力印加により発生する熱が２×１光スイッチ６ａ〜６ｏの光学特性に影響を及ぼさない様に、具体的には、アーム導波路３４ａ，３４ｂ間の光路長差を変化させないように、４個の擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄを２×１光スイッチ６ａ〜６ｏとの距離を２００μｍ以上確保して、且つ、１６×１光スイッチ１０を構成する２×１光スイッチ６ａ〜６ｏのツリー構造の各段に一個ずつ近接する様に配置した。
【００５６】
本実施例は、図１０に示す石英系プレーナ光波回路の製造工程を使用して作製した。まず、シリコン基板１上に、火炎堆積法（ＦＨＤ法）を用いて下部クラッド２ａとコア３を成膜する。次にフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、コア３を導波路パターン形状に加工する。次に、その上に上部クラッド２ｂを堆積して埋め込み型導波路構造を形成する。更に、真空蒸着法とフォトリソグラフィ法とウェットエッチング法を用いて、上部クラッド２ｂ上に薄膜ヒータ４、及び、擬似薄膜ヒータ５を形成する。本実施例では、シリコン基板１の厚さを１ｍｍ、下部クラッド層２ａの厚さを２０μｍ、上部クラッド層２ｂの厚さを２０μｍ、コア３の断面寸法を７μｍ角とし、コア３とクラッド２ａ，２ｂとの比屈折率差を０．７％とした。
【００５７】
本技術の有効性を確認するために、上記の波長チャネルセレクタを作製して、１６×１光スイッチ１０の駆動状態を変化させた時のＡＷＧ８の波長変動量を測定した。作製した波長チャネルセレクタは、放熱フィン付のアルミ製マウントに熱伝導性接着剤を用いて固定して、槽内温度を３０℃に保った恒温槽内に設置して光学特性を評価した。本実施例では、ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いたＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｃｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源と光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）を使用して、入力チャネル導波路３１とモニタ用チャネル導波路３８の間の透過中心波長を求めた。更に、無電力印加状態で測定した入力チャネル導波路３１とモニタ用チャネル導波路３８の間の透過中心波長に発振波長を合わせた可変波長光源を入力チャネル導波路３１に接続し、モニタ用チャネル導波路３８に光パワーメータを接続して、１６×１光スイッチ１０の駆動状態を変化させながら、モニタ用チャネル導波路３８に出力される光強度を測定した。ＡＷＧ８によりチャネル導波路３７ａ〜３７ｐに分波された信号光を出力チャネル導波路３２に出力する駆動状態をそれぞれチャネル１〜１６とした時に、チャネルが１、１６、２、１６、１の順番に切り替わるように２×１光スイッチ６ａ〜６ｏの駆動状態を変化させ、ＡＷＧ８の波長変動量と出力光強度変動量を測定した。本実施例に係る熱光学光機能部品の、選択チャネルと、出力チャネル導波路３２と光学的に接続されるチャネル導波路と、２×１光スイッチ６ａ〜６ｏの駆動パターンと、駆動される２×１光スイッチの個数の関係を表１に示す。
【００５８】
【表１】
2005250320.tif 000008
【００５９】
同表において、○印は対応する２×１光スイッチを駆動する（スイッチング電力を印加する）ことを表している。同表に示す通り、チャネル１、２、１６を選択する場合に電力が印加される２×１光スイッチの個数はそれぞれ０、１、４個であり、本実施例では、２×１光スイッチ１個当たりのスイッチング電力が０．５Ｗであるため、チャネル１、２、１６を選択するために必要な１６×１光スイッチ１０（薄膜ヒータ４）への電源からの印加電力は０．０、０．５、２．０Ｗである。本実施例では、４個の擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄには、回路全体への総印加電力が１６×１光スイッチ１０の駆動に必要な最大印加電力である２．０Ｗに保たれるように、選択チャネル１、２、１６に対して、０．５、０．３７５、０．０Ｗの電力を電源から印加した。
【００６０】
１６×１光スイッチ１０への印加電力と、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄへの印加電力のグラフを図２（ａ）に、波長変動量と出力光強度変動量の測定結果をそれぞれ図２（ｂ）、図２（ｃ）に示す。なお、同図（ａ）において、実線が１６×１光スイッチ１０への印加電力を、破線が擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄへの印加電力の和を表している。また、比較のために、図６に示す擬似薄膜ヒータを形成しない従来の波長チャネルセレクタも作製して同様の測定を行ったところ、図３に示す測定結果が得られた。同図（ａ）は１６×１光スイッチ１０への印加電力を、同図（ｂ）は波長変動量の測定結果を、同図（ｃ）は出力光強度変動量の測定結果を表している。同図から分かるように、従来の波長チャネルセレクタでは、擬似薄膜ヒータが存在しないため、回路全体の総印加電力を調整することができず、１６×１光スイッチ１０へ印加する電力に応じて、回路全体の温度が変動し、最大で０．１ｎｍ程度の波長変動と、最大で３ｄＢ程度の出力光強度変動が確認された。ここで、０．１ｎｍの波長変動はＡＷＧ８の温度が約１０℃変化したことに相当する。それに対して、本実施例では、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄへの印加電力を調整して、回路全体への総印加電力が一定に保つことができたため、回路全体の温度が変化せず、１６×１光スイッチ１０の駆動状態を変化しても、ＡＷＧ８の透過中心波長は変化せず、更に、それに伴う出力光強度の変動も見られなかった。
【００６１】
また、本実施例では、チャネル１の状態、即ち、２×１光スイッチ６ａ〜６ｏに電力を印加せず、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄに０．５Ｗずつ電力を印加した状態で２０００時間保持した時の擬似薄膜ヒータの抵抗値の変動量は１％未満であった。比較のため、擬似薄膜ヒータを分割せず、１個の擬似薄膜ヒータで総印加電力の調整を行う波長チャネルセレクタも作製して、同様に、チャネル１の状態、即ち、２×１光スイッチ６ａ〜６ｏに電力を印加せず、１個の擬似薄膜ヒータに２．０Ｗの電力を印加した状態で２０００時間保持した場合についても評価したところ、擬似薄膜ヒータの抵抗値の変動量は約１０％であった。この結果から、擬似薄膜ヒータを分割して、擬似薄膜ヒータ１個当たりの印加電力を小さくすることによって、電力印加によって生じる擬似薄膜ヒータの抵抗値変動や断線などの経時劣化を防止することができることを確認した。加えて、擬似薄膜ヒータの分割により、個々の擬似薄膜ヒータで生じる発熱量が減るために、２×１光スイッチ６ａ〜６ｏの光学特性への影響を抑制するために必要な２×１光スイッチ６ａ〜６ｏとの距離を小さくすることができた。具体的には、４分割した場合には、擬似薄膜ヒータ１個当たりの発熱量が１／４になり、分割しない場合に必要な擬似薄膜ヒータと２×１光スイッチ６ａ〜６ｏとの距離の１／４に小さくした場合にも、２×１光スイッチ６ａ〜６ｏの光学特性に影響を与えないことを確認した。
【００６２】
更に、本実施例では、ＡＧＷ８からの距離が最も大きい、擬似薄膜ヒータ５ｄへの印加電力を故意に半減させて駆動した場合の波長変動量も測定した。具体的には、選択チャネル１，２，１６に対して、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｃには上記と同様に０．５，０．３７５，０．０Ｗの電力を印加し、擬似薄膜ヒータ５ｄには０．２５，０．１８７５，０．０Ｗの電力を印加して駆動した場合の波長変動量を測定した。その結果、波長変動量は最大で０．０１ｎｍであり、出力光強度変動量は約０．０３ｄＢであった。１６×１光スイッチ１０（薄膜ヒータ４）と擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄに印加される電力の総和は、選択チャネル１，２，１６に対して、１．７５，１．８７５，２．０Ｗであり、印加電力の総和が最大で０．２５Ｗ変動したことによって、ＡＷＧ８の温度が約１．０℃変動した。印加電圧が低減された擬似薄膜ヒータ５ａはＡＷＧ８からの距離が大きいため、総印加電力の変動の割合（０．２５Ｗは２Ｗの１／８）に対して、波長変動の割合（０．０１ｎｍは０．１ｎｍの１／１０）は、若干少なかった。上記の波長と光強度の変動量は十分に小さな値であり、要求される仕様の範囲内で擬似薄膜ヒータへの印加電力を低減することで、消費電力の低減を図れることを確認した。
【００６３】
つまり、温度変化による光機能素子の光特性の変動（波長変動など）を確実に防止するには、熱光学光機能素子の薄膜ヒータに印加される電力と、擬似薄膜ヒータに印加される電力との総和が一定になるようにすることが最も望ましいが、必ずしもこれに限定するものではなく、要求される仕様によっては、擬似薄膜ヒータへの総印加電力を多少低減することにより、薄膜ヒータと擬似薄膜ヒータの印加電力の総和が多少変動して光機能素子の温度が多少変動し、光機能素子の光機能が多少変動してもよい。即ち、熱光学光機能素子の光位相制御に寄与する薄膜ヒータの他に、熱光学光機能素子の光位相制御に寄与しない擬似薄膜ヒータを設けたことにより、この擬似薄膜ヒータへ印加する電力を自由に調整して、熱光学光機能部品への総印加電力を自由に調整することができる。そして、擬似薄膜ヒータには、光機能の制御のために熱光学光機能素子の薄膜ヒータに印加される電力が変化しても、光機能素子の温度がほぼ一定（一定の場合も含む）となるように、所定の電力が印加すればよい。また、上記のように擬似薄膜ヒータへの総印加電力を低減する場合、何れの擬似薄膜ヒータの印加電力を低減してもよいが、光機能素子からの距離が大きい擬似薄膜ヒータへの印加電力を低減するほうが、熱光学光機能部品への総印加電力の変動割合に対して光機能素子の光特性の変動割合が小さいため、より有効である。なお、これらのことは以下の実施例においても、同様である。
【００６４】
また、本実施例、及び、以下の実施例では、温度依存性を有する光フィルタとして、チャネル間隔が５０ＧＨｚのＡＷＧを用いたが、本技術はこれに制限されるものでなく、光特性に温度依存性を有する光機能素子であれば、非対称ＭＺＩ型光フィルタなど他の構成の光機能素子を用いた場合にも適用することができ、熱光学光機能素子の駆動状態の変動に対する光学特性の安定性を向上させる効果が本実施例と同様に得られる。また、本実施例では、熱光学光素子としてＮ×１光スイッチを使用しているが、本技術はこれに限定されるものでなく、可変光減衰器や２×２光スイッチアレイなど、光機能の制御のために熱光学光機能素子に印加される電力が変化する熱光学光機能部品であれば、本実施例と同様に熱光学光機能素子の駆動状態の変動に対する光学特性の安定性を向上させる効果が得られ、更には、印加される電力の変動が大きい熱光学光機能部品ほど得られる効果は大きい。また、本実施例、及び、以下の実施例では、上記の石英系プレーナ光波回路の製造工程を用いたが、本技術はこれに制限されるものでなく、例えば、導波路材料の成膜方法としてスパッタ法やＣＶＤ法などを用いた場合、導波路材料の加工方法としてウェットエッチング法やイオンミリング法などを用いた場合にも適用することができ、本実施例と同様に上記の効果が得られる。
〔実施例２〕
【００６５】
本発明の第２の実施例に係る熱光学光機能部品を図４に示す。
同図に示すように、本実施例は、異なる波長で発振する１６個の半導体レーザ９ａ〜９ｐからなる１６チャネルアレイ光源１１と、ヒータ装荷型ＭＺＩからなる１５個の２×１光スイッチ６ａ〜６ｏをツリー状に接続した１６×１光スイッチ１０を集積して、２×１光スイッチ６ａ〜６ｏの駆動パターンを切り替えることによって、１６チャネルアレイ光源をなす１６個の半導体レーザ９ａ〜９ｐのうち任意の１個の半導体レーザから出力する光信号を出力チャネル導波路３２に出力する可変波長光源を構成した例である。
【００６６】
本実施例において、１６チャネルアレイ光源１１は、導波路材料を除去した溝に１６個の発振波長の異なる単チャネルの半導体レーザ９ａ〜９ｐを搭載して作製した。半導体レーザ９ａ〜９ｐは、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザであり、出力光がチャネル光導波路３７ａ〜３７ｐに光結合するように、光／電気ハイブリッド集積技術を用いて搭載した。更に、発振波長を簡易に、且つ、安定に測定できるように、１６チャネルアレイ光源１１と隣接するように、モニタ用半導体レーザ９ｑを搭載した。モニタ用半導体レーザ９ｑは出力光がモニタ導波路３８と光結合するように搭載し、モニタ導波路３８は回路端に接続した。本実施例では、使用した１６×１光スイッチ１０の概略構成、設計パラメータと、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄの配置方法は、実施例１と同じであるので詳細な説明は省略する。また、導波路の構造と、寸法と、製造手順も、実施例１と同じであるので詳細な説明は省略する。
【００６７】
本技術の有効性を確認するために、本実施例においても実施例１と同様に、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄを形成した本発明の可変波長光源と、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄを形成しない従来の可変波長光源を作製した。作製した可変波長光源は、放熱フィン付のアルミ製マウントに熱伝導性接着剤を用いて固定し、槽内温度を３０℃に保った恒温槽内に設置して光学特性を評価した。本実施例では、半導体レーザ９ａ〜９ｐから出力された信号光を出力チャネル導波路３２に出力する駆動状態をそれぞれチャネル１〜１６とした時に、実施例１と同様に、チャネルが１、１６、２、１６、１の順番に切り替わるように２×１光スイッチ６ａ〜６ｏの駆動状態を変化させながら、モニタ導波路３８から出力されるモニタ用半導体レーザ９ｑの出力光の発振波長の変動量を測定した。本実施例では、チャネル切り替えに伴う１６×１光スイッチ１０の駆動方法、及び、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄへの電力印加方法は、実施例１と同じであるので詳細な説明は省略する。
【００６８】
測定の結果、発振波長の変動量は、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄを形成した本発明の可変波長光源で約０．１ｎｍ以下、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄを形成しない従来の可変波長光源で約１．０ｎｍであった。本実施例においても、実施例１と同様に、従来の可変波長光源では、擬似薄膜ヒータが存在しないため、回路全体の総印加電力を調整することができず、１６×１光スイッチ１０へ印加する電力に応じて、回路全体の温度が変動し、半導体レーザ９ｑの発振波長が大きく変動したが、本発明の可変波長光源では、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄへの印加電力を調整することにより、回路全体への総印加電力が一定に保たれたため、回路全体の温度が変化せず、１６×１光スイッチ１０の駆動状態を変化しても、半導体レーザ９ｑの発振波長が変動しなかった。また、比較のために作製した、擬似薄膜ヒータを４分割せず、１個の擬似薄膜ヒータで総印加電力の調整を行う可変波長光源との比較から、本実施例１と同様に、電力印加による擬似薄膜ヒータの経時劣化の抑制効果を確認した。
【００６９】
本実施例では、光学特性に温度依存性を有する光機能素子として半導体レーザを使用したアレイ光源を用いたが、本技術はこれに制限されるものでなく、ブラッググレーティングミラーと前面ＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コート付レーザを用いた外部共振器型レーザなどの他のレーザ素子を用いた場合にも適用することができ、本実施例と同様に熱光学光機能素子の駆動状態の変動に対する光学特性の安定性を向上させる効果が得られる。
〔実施例３〕
【００７０】
本発明の第３の実施例に係る熱光学光機能部品を図５に示す。
同図に示すように、本実施例は、石英系プレーナ光波回路で作製したＡＷＧ８と、ヒータ装荷型ＭＺＩからなる８個のＶＯＡ７ａ〜７ｈを集積して、ＶＯＡ７ａ〜７ｈへの印加電力を調整することによって、８本の入力チャネル導波路３１ａ〜３１ｈに入力された８波の波長のことなる光信号の光強度を調整し、ＡＷＧ８で波長合波して出力チャネル導波路３２に出力する光レベル調整機能付ＡＷＧ合波器（Ｖ−ＭＵＸ）を構成した例である。
【００７１】
図５において、ＶＯＡ７ａ〜７ｈは模式図で示しているが、詳細構造は図９に示すとおりであり、カップラ３３ａ，３３ｂが方向性結合器で構成された３ｄＢカップラであり、アーム導波路３４ａ，３４ｂの光路長が等しく、アーム導波路３４ａの上部の上部クラッド２ｂ上に薄膜ヒータ４が装荷されている。図９（ｄ）の模式図に示すとおり、入力チャネル導波路が３１ａ、出力チャネル導波路が３２ｂであり、薄膜ヒータ４に電力Ｐを印加し、入力チャネル導波路３１ａに光強度が｜Ｅ0｜2の光を入射した場合に、出力チャネル導波路３２ｂに出力される光の光強度｜Ｅ2｜2は、（式４）のΔφに（式６）を代入した式で表される。したがって、ＶＯＡにより与えられる光減衰量は、Ｐ＝０では０ｄＢとなり、Ｐ＝（π／２）／（ｄφ／ｄＰ）では∞ｄＢとなる。本実施例では、光減衰量が∞ｄＢとなる、Ｐ＝（π／２）／（ｄφ／ｄＰ）を満たす電力が０．５ＷのＶＯＡを使用した。また、実施例１と同様にＡＷＧ８として、９入力１出力のものを使用し、入力側の９本の導波路のうち、８本はＶＯＡ７ａ〜７ｈと接続し、残りの１本はＡＷＧ８単体の特性評価用のモニタ導波路３８として回路端まで接続した。また、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｈは、それぞれＶＯＡ７ａ〜７ｈと隣接するように配置した。本実施例では、ＡＷＧ８の概略構造、設定パラメータは、９入力１出力であることを除き、実施例１と同じであるので詳細な説明は省略する。また、本実施例では、導波路の構造と、寸法と、製造手順も、実施例１と同じであるので詳細な説明は省略する。
【００７２】
本技術の有効性を確認するために、本実施例においても実施例１と同様に、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｈを形成した本発明のＶ−ＭＵＸと、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｈを形成しない従来のＶ−ＭＵＸを作製し、作製したＶ−ＭＵＸを放熱フィン付のアルミ製マウントに熱伝導性接着剤を用いて固定して、槽内温度を３０℃に保った恒温槽内に設置して光学特性を評価した。本実施例では、８個のＶＯＡを全て光減衰量が∞ｄＢになるように駆動した状態から、８個のＶＯＡを全て光減衰量が０ｄＢになるように駆動した状態へ変化させた時の、ＡＷＧ８の波長変動量を測定した。本実施例においても実施例１と同様に、ＥＤＦＡを用いたＡＳＥ光源とＯＳＡを使用して、モニタ用チャネル導波路３８と出力チャネル導波路３２との間の透過中心波長を求めた。本実施例で用いたＶＯＡ７ａ〜７ｈは、全て、光減衰量が０ｄＢとなる電力が０．０Ｗ、光減衰量が∞ｄＢとなる電力が０．５Ｗであるため、８個のＶＯＡを全て光減衰量が０、∞ｄＢにするために必要となる、ＶＯＡ７ａ〜７ｈへの電源からの印加電力の和は、それぞれ０．０Ｗ、４．０Ｗである。本実施例では、隣接するＶＯＡと擬似薄膜ヒータの対に印加される電力が、常に１個のＶＯＡに印加される最大の電力、即ち、０．５Ｗに保たれるように擬似薄膜ヒータに電力を電源から印加した。具体的には、ＶＯＡ７ａにＰ1の電力が印加される場合には、常時薄膜ヒータ５ａにＰ2＝０．５−Ｐ1［Ｗ］の電力が印加されるように駆動した。したがって、８個のＶＯＡを全て光減衰量が０、∞ｄＢになるように駆動する際には、それぞれ、０．５Ｗ、０．０Ｗの電力を擬似薄膜ヒータ７ａ〜７ｈの全てに印加した。これにより、回路全体の総印加電力は、常に、ＶＯＡ７ａ〜７ｈの制御に必要な印加電力である４．０Ｗに保たれる。測定の結果、従来のＶ−ＭＵＸでは、ＡＷＧ８の透過中心波長の変動量は０．２ｎｍ程度であった。それに対して、本発明のＶ−ＭＵＸでは、ＡＷＧ８の透過中心波長は見られなかった。本実施例においても、実施例１と同様に、ＶＯＡ７ａ〜７ｈの駆動状態を変化しても、擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｈへの印加電力を調整して、回路全体への総印加電力を一定に保ったため、回路全体の温度が変化せず、透過中心波長は見られなかった。
【００７３】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明の熱光学光機能部品の構成方法、及び制御方法は、熱光学光機能素子と光特性に温度依存性を有する光機能素子を同一の基板、あるいは、複数の構成基板を接合した１つの複合基板上に集積した熱光学光機能部品を実現するにあたり、その光機能の制御のために熱光学光機能素子への印加電力が変化した場合でも、擬似薄膜ヒータへの印加電力を調整して、光学特性の変動を低く抑えることができる。また、擬似薄膜ヒータの個数を複数にして、総印加電力を一定に保つための擬似薄膜ヒータへの印加電力を分散して、擬似薄膜ヒータの経時劣化を低く抑えることができる。また、擬似薄膜ヒータへの電力印加により発生する熱が熱光学光機能素子の光特性に影響しないため、熱光学光機能素子、及び、擬似薄膜ヒータへの印加電力を簡易に決定することができる。また、シリコン基板上に形成される石英ガラス材料からなる導波路で作製されるため、低損失性や長期信頼性、光ファイバとの接続性、温度安定性などに優れる。したがって、本発明は、熱光学素子の駆動状態によらず光特性が安定で、且つ、小型で、且つ、低コストで、且つ、低損失性や長期信頼性に優れた熱光学光機能部品を実用する上で極めて効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施例に係る熱光学光機能部品の概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る熱光学光機能部品の、印加電力と、波長変動量と、出力光強度変動量の測定結果である。（ａ）は印加電力を、（ｂ）は波長変動量の測定結果を、（ｃ）は出力光強度変動量の測定結果を表し、また、（ａ）中の、実線が１６×１光スイッチ１０への印加電力を、破線が擬似薄膜ヒータ５ａ〜５ｄへの印加電力の和を表している。
【図３】従来の波長チャネルセレクタの、印加電力と、波長変動量と、出力光強度変動量の測定結果である。（ａ）は印加電力を、（ｂ）は波長変動量の測定結果を、（ｃ）は出力光強度変動量の測定結果を表している。
【図４】本発明の第２の実施例に係る熱光学光機能部品の概略構成を示す平面図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る熱光学光機能部品の概略構成を示す平面図である。
【図６】従来の波長チャネルセレクタの概略構成を示す平面図である。
【図７】アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）の概略構成を示す平面図である。
【図８】非対称マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）型光波長フィルタの概略構成を示す平面図である。
【図９】マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）型光スイッチ、及び可変光減衰器の概略構成図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’線断面図であり、（ｃ）は２×１光スイッチ素子として使用する場合の模式図、（ｄ）は可変光減衰器として使用する場合の模式図である。
【図１０】石英系プレーナ光波回路（ＰＬＣ）の製造方法の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  シリコン基板
２  クラッド
２ａ  下部クラッド
２ｂ  上部クラッド
３  コア
４  薄膜ヒータ
５  擬似薄膜ヒータ
５ａ〜５ｈ  第１〜第８の擬似薄膜ヒータ
６  ２×１光スイッチ
６ａ〜６ｏ  第１〜第１５の２×１光スイッチ
７  可変光減衰器（ＶＯＡ）
７ａ〜７ｈ  第１〜第８の可変光減衰器（ＶＯＡ）
８  アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）
９  半導体レーザ
９ａ〜９ｑ  第１〜第９の半導体レーザ
９ｑ  モニタ用半導体レーザ
１０  １６×１光スイッチ
１１  １６チャネルアレイ光源
３１  入力チャネル導波路
３１ａ〜３１ｈ  第１〜第８の入力チャネル導波路
３２  出力チャネル導波路
３２ａ〜３２ｊ  第１〜第１０の出力チャネル導波路
３３  カップラ
３３ａ，３３ｂ  第１，第２のカップラ
３４  アーム導波路
３４ａ，３４ｂ  第１，第２のアーム導波路
３５  スラブ導波路
３５ａ，３５ｂ  第１，第２のスラブ導波路
３６  チャネル導波路アレイ
３７  チャネル導波路
３７ａ〜３７ｑ  第１〜第１６のチャネル導波路
３８  モニタ用導波路
【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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