(57)【要約】【課題】減衰率を変動させても、消費電力が常に一定となる光可変減衰器及びその制御方法を提供する。【解決手段】対称ＭＺＩ（マッハツェンダ干渉計）部１０８と非対称ＭＺＩ部１０９とを、各々のクロスポートである出力導波路１０７ａ、ｂを出力導波路として直列に接続し、信号光の波長をλとし、Ｍを整数とすると、対称ＭＺＩ部１０８の光路長差と非対称ＭＺＩ部１０９の光路長差との和が、λ／２＋Ｍλになるように構成する。そして、いずれの減衰率の場合でも、対称ＭＺＩ部１０８の位相変化量と非対称ＭＺＩ部１０９の位相変化量との和が、常にπになるように、薄膜ヒータ１０４ａ、ｂに流す電流を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に作製された光導波路により形成され、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が複数直列に接続され、
信号光の波長をλとし、Ｍ、Ｎを整数とすると、
前記複数のマッハツェンダ干渉計における各々の光路長差の総和がλ／２＋Ｍλになるように構成されると共に、
信号光のいずれの減衰率に対しても、前記マッハツェンダ干渉計における各々の位相変化量の総和が常にＮπとなるように、前記位相制御手段が各々制御されることを特徴とする光可変減衰器。
【請求項２】
請求項１記載の光可変減衰器において、
前記複数のマッハツェンダ干渉計は、位相制御手段が駆動されていないときに信号光を透過するマッハツェンダ干渉計と、位相制御手段が駆動されていないとき信号光を遮断するマッハツェンダ干渉計とを１ユニットとして、それを１ユニット若しくは複数ユニット組み合わせて接続されたものであることを特徴とする光可変減衰器。
【請求項３】
基板上に作製された光導波路により形成され、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が複数直列に接続され、
信号光の波長をλとし、Ｍ、Ｎを整数とすると、
前記複数のマッハツェンダ干渉計における各々の光路長差の総和がＭλになるように構成されると共に、
信号光のいずれの減衰率に対しても、前記マッハツェンダ干渉計における各々の位相変化量の総和が常にＮπとなるように、前記位相制御手段が各々制御されることを特徴とする光可変減衰器。
【請求項４】
請求項３記載の光可変減衰器において、
前記複数のマッハツェンダ干渉計は、位相制御手段が駆動されていないときに信号光を透過するマッハツェンダ干渉計と、位相制御手段が駆動されていないとき信号光を遮断するマッハツェンダ干渉計とを１ユニットとして、それを１ユニット若しくは複数ユニット組み合わせて接続されたものであることを特徴とする光可変減衰器。
【請求項５】
請求項１又は請求項２記載の光可変減衰器において、
前記複数のマッハツェンダ干渉計は、一方の光路長差を０、他方の光路長差をλ／２＋Ｍλとした２つのマッハツェンダ干渉計により構成され、
共にクロスポートが出力導波路として接続されたことを特徴とする光可変減衰器。
【請求項６】
請求項３又は請求項４記載の光可変減衰器において、
前記複数のマッハツェンダ干渉計は、共に光路長差を０とした２つのマッハツェンダ干渉計により構成され、
一方はクロスポートが、他方はスルーポートが、出力導波路として接続されたことを特徴とする光可変減衰器。
【請求項７】
請求項３又は請求項４記載の光可変減衰器において、
前記複数のマッハツェンダ干渉計は、ｍ１、ｍ２を整数とすると、一方の光路長差をλ／２＋ｍ１λ、他方の光路長差をλ／２＋ｍ２λとした２つのマッハツェンダ干渉計により構成され、
一方はクロスポートが、他方はスルーポートが、出力導波路として接続されたことを特徴とする光可変減衰器。
【請求項８】
請求項３記載の光可変減衰器において、
前記複数のマッハツェンダ干渉計は、光路長差を０とした２つのマッハツェンダ干渉計と、ｍ１、ｍ２を整数とすると、光路長差をλ／２＋ｍ１λ、λ／２＋ｍ２λとした２つのマッハツェンダ干渉計とにより構成され、
共にクロスポートが出力導波路として接続されたことを特徴とする光可変減衰器。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の光可変減衰器において、
前記位相制御手段は、熱光学効果を利用したものであることを特徴とする光可変減衰器。
【請求項１０】
請求項５乃至請求項９のいずれかに記載の光可変減衰器を多段に直列に接続したことを特徴とする光可変減衰器。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の光可変減衰器を複数組並列に配設したことを特徴とする光可変減衰器アレイ。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の光可変減衰器、又は請求項１１記載の光可変減衰器アレイと、平面光導波路型回路とが接続され、一体集積されたことを特徴とする光回路。
【請求項１３】
基板上に作製された光導波路により形成され、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を複数直列に接続し、
信号光の波長をλとし、Ｍ、Ｎを整数とすると、
前記複数のマッハツェンダ干渉計における各々の光路長差の総和がλ／２＋Ｍλになるように構成した光可変減衰器を用い、
信号光のいずれの減衰率に対しても、前記マッハツェンダ干渉計における各々の位相変化量の総和が常にＮπになるように、前記位相制御手段を各々制御することを特徴とする光可変減衰器の制御方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の光可変減衰器の制御方法において、
前記複数のマッハツェンダ干渉計は、位相制御手段が駆動されていないときに信号光を透過するマッハツェンダ干渉計と、位相制御手段が駆動されていないとき信号光を遮断するマッハツェンダ干渉計とを１ユニットとして、それを１ユニット若しくは複数ユニット組み合わせて接続されたものであることを特徴とする光可変減衰器の制御方法。
【請求項１５】
基板上に作製された光導波路により形成され、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が複数直列に接続し、
信号光の波長をλとし、Ｍ、Ｎを整数とすると、
前記複数のマッハツェンダ干渉計における各々の光路長差の総和がＭλになるように構成した光可変減衰器を用い、
信号光のいずれの減衰率に対しても、前記マッハツェンダ干渉計における各々の位相変化量の総和が常にＮπとなるように、前記位相制御手段を各々制御することを特徴とする光可変減衰器の制御方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の光可変減衰器の制御方法において、
前記複数のマッハツェンダ干渉計は、位相制御手段が駆動されていないときに信号光を透過するマッハツェンダ干渉計と、位相制御手段が駆動されていないとき信号光を遮断するマッハツェンダ干渉計とを１ユニットとして、それを１ユニット若しくは複数ユニット組み合わせて接続されたものであることを特徴とする光可変減衰器の制御方法。
【請求項１７】
請求項１３又は請求項１４記載の光可変減衰器の制御方法において、
前記複数のマッハツェンダ干渉計は、一方の光路長差を０、他方の光路長差をλ／２＋Ｍλとする２つのマッハツェンダ干渉計により構成され、
共にクロスポートが出力導波路として接続されたものであることを特徴とする光可変減衰器の制御方法。
【請求項１８】
請求項１５又は請求項１６記載の光可変減衰器の制御方法において、
前記複数のマッハツェンダ干渉計は、共に光路長差を０とする２つのマッハツェンダ干渉計により構成され、
一方はクロスポートが、他方はスルーポートが、出力導波路として接続されたものであることを特徴とする光可変減衰器の制御方法。
【請求項１９】
請求項１５又は請求項１６記載の光可変減衰器の制御方法において、
前記複数のマッハツェンダ干渉計は、ｍ１、ｍ２を整数とすると、一方の光路長差をλ／２＋ｍ１λ、他方の光路長差をλ／２＋ｍ２λとする２つのマッハツェンダ干渉計により構成され、
一方はクロスポートが、他方はスルーポートが、出力導波路として接続されたものであることを特徴とする光可変減衰器の制御方法。
【請求項２０】
請求項１５記載の光可変減衰器の制御方法において、
前記複数のマッハツェンダ干渉計は、光路長差を０とした２つのマッハツェンダ干渉計と、ｍ１、ｍ２を整数とすると、光路長差をλ／２＋ｍ１λ、λ／２＋ｍ２λとした２つのマッハツェンダ干渉計とにより構成され、
共にクロスポートが出力導波路として接続されたものであることを特徴とする光可変減衰器の制御方法。
【請求項２１】
請求項１３乃至請求項２０のいずれかに記載の光可変減衰器の制御方法において、
前記位相制御手段は、熱光学効果を利用したものであることを特徴とする光可変減衰器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光の強度を調整するための光可変減衰器及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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光可変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平面光導波路型の光可変減衰器（以降、ＰＬＣ−ＶＯＡ又は単にＶＯＡと呼ぶ。）は、アレイ導波路格子合分波器（以降、ＡＷＧと呼ぶ。）を代表とする他の平面光導波型回路との集積が可能であり、更に、可動部分を持たないため、信頼性に優れる等の特徴を有している。
【０００３】
従来のＰＬＣ−ＶＯＡは、１個のマッハツェンダ干渉計（以降、ＭＺＩと呼ぶ。）からなり、位相シフト回路として薄膜ヒータをアーム導波路上部に配置した光可変減衰器（以降、ＭＺＩ型ＶＯＡと呼ぶ。）である。この薄膜ヒータの発熱による局所的な温度上昇により、熱光学効果を介して、実効屈折率を変化させる。たとえば、対称ＭＺＩのクロスポートを用いたＭＺＩ型ＶＯＡの場合、ヒータの消費電力と共に減衰率は増し、光可変減衰器として機能する。
【０００４】
従来のＰＬＣ−ＶＯＡの概略を図１０に示す。
図１０に示すように、ＰＬＣ−ＶＯＡは、基板上に作製された光導波路１００１を用いて、２つの３ｄＢ方向性結合器１００２ａ、１００２ｂと、３ｄＢ方向性結合器１００２ａ、１００２ｂ間に挟まれた２本のアーム導波路と、３ｄＢ方向性結合器１００２ａに接続され、信号光の入力端となる２本の入力導波路端１００５ａ、１００５ｂと、３ｄＢ方向性結合器１００２ｂに接続され、信号光の出力導波路となる２本の出力導波路端１００６ａ、１００６ｂとが形成されている。これらの光導波路は、いずれの光導波路も、その比屈折率差が０．７５％であり、そのコアサイズが７×７μｍとして作製されている。一方のアーム導波路上には、位相シフト回路となる薄膜ヒータ１００４が設けられ、配線１００３により薄膜ヒータ１００４への電流の供給が行われる。上記構成は、薄膜ヒータ１００４が無通電のとき、２本のアーム導波路を伝搬する信号光の光路長差がゼロであることから、対称ＭＺＩを用いたＭＺＩ型ＶＯＡとなる。
【０００５】
次に、図１０に示したＰＬＣ−ＶＯＡ（ＭＺＩ型ＶＯＡ）を用いて、光可変減衰器としての動作原理を説明する。
図１０に示す従来のＰＬＣ−ＶＯＡでは、薄膜ヒータ１００４が無通電のときは、２本のアーム導波路を伝搬する信号光の光路長差は０であり、公知の干渉原理により、入力導波路端１００５ａから入った信号光は出力導波路端１００６ｂに伝搬する。薄膜ヒータ１００４を通電し、上記光路長差を熱光学効果により信号光波長の４分の１相当分変化させると、入力導波路端１００５ａから入った信号光のうち５０％が出力導波路端１００６ｂへ伝搬する。薄膜ヒータ１００４を更に通電し、上記光路長差を信号光波長の２分の１相当分変化させると、入力導波路端１００５ａから入った信号光は全て出力導波路端１００６ａへ伝搬し、出力導波路端１００６ｂへ信号光は伝搬しない。つまり、薄膜ヒータ１００４へ通電する電流を制御して、一方のアーム導波路を伝搬する信号光の位相を変化させて、上記光路長差をゼロから信号光波長の２分の１相当までの値に設定することによって、出力導波路１００６ｂへ伝搬する光強度を所望の値に調整することができ、光可変減衰器として動作させることができる。
【０００６】
ヒータによる位相変化量に対する信号光の減衰率の依存性を図１１に示す。
図１０のＰＬＣ−ＶＯＡを用いて説明すると、入力導波路端１００５ａから出力導波路端１００６ｂ（入力導波路端１００５ａに対するクロスポート）へ伝搬する信号光に関して、薄膜ヒータ１００４による位相変化量に対して、その減衰率の変化を示すものであり、位相変化量がπ、つまり、上記光路長差が信号光の半波長分変化するに従い、減衰率が増すことがわかる。又、ヒータによる位相変化量はヒータの消費電力と比例関係にあるため、ヒータの消費電力が大きくなるにつれて減衰率が増すこととなる。つまり、減衰率の変化にともなって消費電力が変化する状況下で、従来のＰＬＣ−ＶＯＡは動作している。
【０００７】
これは、減衰率の変動によって消費電力が変動し、その消費電力の変動によって、ＰＬＣ−ＶＯＡのチップ温度若しくは面内の温度分布が変動することを意味する。このような減衰率の変化によるヒータの消費電力の変化は、以下の問題を引き起こす要因となっている。
【０００８】
減衰率の変化によりヒータの消費電力が変化するため、チップ温度が大きく変化してしまい、これにより、ＶＯＡの減衰率も変化する。又、チップ温度によるＶＯＡの減衰率の変化を補償する制御が必要となる。例えば、２本のアーム導波路の光路長が非対称な非対称ＭＺＩを光可変減衰器として用いた場合、チップ温度によって光路長差が変化して、減衰率も変化するため、チップ温度をモニタすることで、ヒータに印加する電流量をチップ温度によって調節している。しかし、ヒータからの発熱により短時間でチップ温度が変動するため、モニタ間隔を細かくし、精密な電流制御を行う必要があり、制御上大きな負担となっている。
【０００９】
複数のＶＯＡを有するＶＯＡアレイでは、チップ面内の温度分布のむらによって、各ＶＯＡの減衰率が変化する。例えば、ＭＺＩ型ＶＯＡを複数並列に隣接させて配置したＶＯＡアレイの場合、各ＶＯＡでそれぞれ異なる減衰率を設定するため、各ＶＯＡでは異なる消費電力となり、ＶＯＡアレイのチップ内の温度分布にむらが発生する。その結果、温度分布のむらによって隣接するＶＯＡのアーム導波路間の光路長差が変化し、減衰率が変化してしまう。
【００１０】
ＶＯＡアレイと他のＰＬＣ回路を一体集積した場合、ＶＯＡアレイの発熱による温度変動が、他のＰＬＣ回路の光学特性に悪影響を及ぼしてしまう。例えば、ＡＷＧではチップ温度が１０℃変化することによって、その中心波長が０．１１ｎｍずれてしまう。そのため、チップの温度変動を一定に保つための精密な温度制御が必要になる。
【００１１】
つまり、従来のＰＬＣ−ＶＯＡでは、減衰率によって変化する消費電力の抑制が課題となっており、この対策として、以下の方法等が提案されていた。
【００１２】
（従来技術の第１例）
「熱光学ＶＯＡ回路と他のＰＬＣ回路との間に溝を設ける手法」
例えば、ＶＯＡ回路と、他のＰＬＣ回路であるＡＷＧ回路とを一体集積したＯＡＤＭ（光分岐挿入）回路において、ＶＯＡ回路からＡＷＧ回路への熱伝導を抑制するため、それらの間にＮｄ：ＹＡＧレーザを用いて、熱伝導を防ぐ溝を形成する（非特許文献１参照）。
【００１３】
（従来技術の第２例）
「ＶＯＡアレイにおける配置間隔を広げる手法」
隣接して配置されたＶＯＡからの熱干渉を抑制するため、ＶＯＡアレイにおいて、互いの配置間隔を広げる。
【００１４】
【非特許文献１】
”Ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  Ｐｌａｎａｒ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅ”，  Ｔ．  Ｓｐｏｔｔ  ｅｔｃ．，  ０ＦＣ２００３，  Ｖｏｌ．１，  ｐｐ．１７５−１７６
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した対策にも、以下に示す問題を有していた。
【００１６】
従来技術の第１例の「熱光学ＶＯＡ回路と他のＰＬＣ回路との間に溝を設ける手法」では、溝を形成するのにＮｄ：ＹＡＧレーザを用いており、追加の工程が必要であった。又、ＶＯＡアレイ内ではチップ温度の変動があり、ＶＯＡチップの温度変動をモニタして、ヒータ電流の精密な制御が依然として必要であった。
【００１７】
又、従来技術の第２例の「ＶＯＡアレイにおける配置間隔を広げる手法」においては、配置間隔を広げることによって集積度が低くなり、大規模なＶＯＡアレイを作製することが困難であった。更に、これらを他のＰＬＣ回路と一体集積した際、ＶＯＡ回路から他のＰＬＣ回路へ熱が伝播し、温度むらや温度変動が発生し、他のＰＬＣ回路の光学特性を劣化させていた。
【００１８】
そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたもので、減衰率を変動させても、消費電力が常に一定となる光可変減衰器及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器は、
基板上に作製された光導波路により形成され、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が複数直列に接続され、
信号光の波長をλとし、Ｍ、Ｎを整数とすると、
複数のマッハツェンダ干渉計における各々の光路長差の総和がλ／２＋Ｍλになるように構成されると共に、
信号光のいずれの減衰率に対しても、複数のマッハツェンダ干渉計における各々の位相変化量の総和が常にＮπとなるように、位相制御手段が各々制御されている。
なお、上記マッハツェンダ干渉計は、
信号光の合分波を行う２つの光合分波手段と、
２つの光合分波手段に挟まれた２本のアーム導波路と、
一方の光合分波手段に接続され、信号光の入力端となる入力導波路と、
他方の光合分波手段に接続され、信号光の出力導波路となる出力導波路とが、基板上に作製された光導波路により形成され、
更に、一方のアーム導波路上に設けられた位相制御手段と、
位相制御手段への電流の供給を行う配線とを備えたものである。
【００２０】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器は、
基板上に作製された光導波路により形成され、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が複数直列に接続され、
信号光の波長をλとし、Ｍ、Ｎを整数とすると、
複数のマッハツェンダ干渉計における各々の光路長差の総和がＭλになるように構成されると共に、
信号光のいずれの減衰率に対しても、前記マッハツェンダ干渉計における各々の位相変化量の総和が常にＮπとなるように、位相制御手段が各々制御されている。
【００２１】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器は、
上記光可変減衰器において、
複数のマッハツェンダ干渉計が、位相制御手段が駆動されていないときに信号光を透過するマッハツェンダ干渉計と、位相制御手段が駆動されていないとき信号光を遮断するマッハツェンダ干渉計とを１ユニットとして、それを１ユニット若しくは複数ユニット組み合わせて接続されたものである。
【００２２】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器は、
上記光可変減衰器において、
複数のマッハツェンダ干渉計が、一方の光路長差を０、他方の光路長差をλ／２＋Ｍλとした２つのマッハツェンダ干渉計により構成され、
共にクロスポートが出力導波路として接続されたものである。
【００２３】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器は、
上記光可変減衰器において、
複数のマッハツェンダ干渉計は、共に光路長差を０とした２つのマッハツェンダ干渉計により構成され、
一方はクロスポートが、他方はスルーポートが、出力導波路として接続されたものである。
【００２４】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器は、
上記光可変減衰器において、
複数のマッハツェンダ干渉計が、ｍ１、ｍ２を整数とすると、一方の光路長差をλ／２＋ｍ１λ、他方の光路長差をλ／２＋ｍ２λとした２つのマッハツェンダ干渉計により構成され、
一方はクロスポートが、他方はスルーポートが、出力導波路として接続されたものである。
【００２５】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器は、
上記光可変減衰器において、
複数のマッハツェンダ干渉計が、光路長差を０とした２つのマッハツェンダ干渉計と、ｍ１、ｍ２を整数とすると、光路長差をλ／２＋ｍ１λ、λ／２＋ｍ２λとした２つのマッハツェンダ干渉計とにより構成され、
共にクロスポートが出力導波路として接続されたものである。
【００２６】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器は、
上記光可変減衰器において、
位相制御手段が熱光学効果を利用したものである。
【００２７】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器は、
上記光可変減衰器を多段に直列に接続したものである。
【００２８】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器アレイ又は光回路は、
上記光可変減衰器を複数組並列に配設してアレイ化の構成としてもよく、
又は、上記光可変減衰器若しくは光可変減衰器アレイと、他の平面光導波路型（ＰＬＣ）回路とを接続し、一体集積化された光回路としてもよい。
【００２９】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器の制御方法は、
基板上に作製された光導波路により形成され、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を複数直列に接続し、
信号光の波長をλとし、Ｍ、Ｎを整数とすると、
前記複数のマッハツェンダ干渉計における各々の光路長差の総和がλ／２＋Ｍλになるように構成した光可変減衰器を用い、
信号光のいずれの減衰率に対しても、前記マッハツェンダ干渉計における各々の位相変化量の総和が常にＮπになるように、前記位相制御手段を各々制御する。
【００３０】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器の制御方法は、
基板上に作製された光導波路により形成され、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が複数直列に接続し、
信号光の波長をλとし、Ｍ、Ｎを整数とすると、
前記複数のマッハツェンダ干渉計における各々の光路長差の総和がＭλになるように構成した光可変減衰器を用い、
信号光のいずれの減衰率に対しても、前記マッハツェンダ干渉計における各々の位相変化量の総和が常にＮπとなるように、前記位相制御手段を各々制御する。
【００３１】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器の制御方法は、
上記光可変減衰器の制御方法において、
複数のマッハツェンダ干渉計が、位相制御手段が駆動されていないときに信号光を透過するマッハツェンダ干渉計と、位相制御手段が駆動されていないとき信号光を遮断するマッハツェンダ干渉計とを１ユニットとして、それを１ユニット若しくは複数ユニット組み合わせて接続されたものである。
【００３２】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器の制御方法は、
上記光可変減衰器の制御方法において、
前記複数のマッハツェンダ干渉計が、一方の光路長差を０、他方の光路長差をλ／２＋Ｍλとする２つのマッハツェンダ干渉計により構成され、
共にクロスポートが出力導波路として接続されたものである。
【００３３】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器の制御方法は、
上記光可変減衰器の制御方法において、
複数のマッハツェンダ干渉計は、共に光路長差を０とした２つのマッハツェンダ干渉計により構成され、
一方はクロスポートが、他方はスルーポートが、出力導波路として接続されたものである。
【００３４】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器の制御方法は、
上記光可変減衰器の制御方法において、
複数のマッハツェンダ干渉計が、ｍ１、ｍ２を整数とすると、一方の光路長差をλ／２＋ｍ１λ、他方の光路長差をλ／２＋ｍ２λとする２つのマッハツェンダ干渉計により構成され、
一方はクロスポートが、他方はスルーポートが、出力導波路として接続されたものである。
【００３５】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器の制御方法は、
上記光可変減衰器の制御方法において、
複数のマッハツェンダ干渉計が、光路長差を０とした２つのマッハツェンダ干渉計と、ｍ１、ｍ２を整数とすると、光路長差をλ／２＋ｍ１λ、λ／２＋ｍ２λとした２つのマッハツェンダ干渉計とにより構成され、
共にクロスポートが出力導波路として接続されたものである。
【００３６】
上記課題を解決する本発明に係る光可変減衰器の制御方法は、
上記光可変減衰器の制御方法において、
位相制御手段が熱光学効果を利用したものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光可変減衰器は、減衰率によらず光可変減衰器に加える電力を一定にし、光可変減衰器による温度変動を一定にして、精密な温度制御を不要としたものである。以下、本発明に係る光可変減衰器を、図面を参照して、その実施形態を詳細に説明する。
【００３８】
なお、本発明では、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あり、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。又、下記実施例においては、検証のため、いずれの光導波路も、その比屈折率差を０．７５％、そのコアサイズを７×７μｍとして作製した。又、本発明は、このような組み合わせに限定されるものではなく、例えば、シリコン又は石英ガラス又はソーダガラス等の基板上に、石英系光導波路又はシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ）等の光導波路又はＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ｍｅｔａ  Ａｃｒｙｌａｔｅ）等の有機系光導波路等を用いたものでもよいし、比屈折率差やコアサイズも適宜なものを用いてよい。
【００３９】
（実施例１）
図１は、本発明に係る光可変減衰器の実施形態の一例を示す概略図である。
本実施例の平面光導波路型の光可変減衰器（以降、単にＶＯＡと呼ぶ。）を簡単に説明すると、第１段目の対称ＭＺＩ（マッハツェンダ干渉計）部１０８と、第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９を、共にクロスポートの出力導波路１０７ａ、１０７ｂを出力導波路として、直列に接続した構成である。
【００４０】
つまり、本実施例のＶＯＡは、ＭＺＩ型ＶＯＡを２段直列に配置した構成になっており、第１段目のＭＺＩ型ＶＯＡとしては、対称ＭＺＩ部１０８のクロスポートを、第２段目のＭＺＩ型ＶＯＡとしては、信号光の半波長の光路長差を有する非対称ＭＺＩ部１０９のクロスポートを利用しており、更に、後述する位相変化量の総和を一定にすることで、減衰率の変動にともなう消費電力の変動を解消している。
【００４１】
最初に、具体的な構成について説明する。
図１に示すように、第１段目の対称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。上記対称ＭＺＩ部１０８では、薄膜ヒータ１０４ａが無通電のとき、２本のアーム導波路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。
【００４２】
又、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１０４ｂへの電流の供給を行う配線１０３ｂとを有している。
【００４３】
位相制御手段となる薄膜ヒータ１０４ａ、ｂは、熱光学効果により、アーム導波路を伝搬する光信号の位相を制御するものであり、その温度変化、つまり、消費電力の大きさに応じて、位相が変化していく。なお、上記第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９では、薄膜ヒータ１０４ｂが無通電のとき、２本のアーム導波路を伝搬する信号光の光路長差が、信号光λの半波長（λ／２）となるように構成されている。
【００４４】
本実施例では、光路長差を半波長（λ／２）になるように設定したが、Ｍを整数とすると、光路長差ΔＬは、ΔＬ＝λ／２＋Ｍλを満たせば、どのような光路長差としてもよい。又、光合分波手段として、１：１の分岐比を有する３ｄＢ方向性結合器を用いたが、分岐比を１：１に限る必要はなく、他の分岐比の結合器を用いてもよい。
【００４５】
ここで、第１段目の対称ＭＺＩ部１０８は、薄膜ヒータ１０４ａを駆動しない状態（非通電状態）で、出力導波路端１０７ａ（クロスポート）へ信号光を透過し、第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９は、薄膜ヒータ１０４ｂを駆動しない状態（非通電状態）で、出力導波路端１０７ｂ（クロスポート）への信号光を遮断する構成である。ここで、非通電状態における各ＭＺＩ部の光路長差の総和は、λ／２＋Ｍλを満たすように構成されている。これらの対称ＭＺＩ部１０８、非対称ＭＺＩ部１０９を、それぞれ独立に動作させた時、薄膜ヒータによる位相変化量に対する減衰率の変化を図２に示す。
【００４６】
次に、上記構成の本実施例のＶＯＡにおいて、減衰率に依存した消費電力を解消するため、どのような制御を行うか説明する。
２段構成である本実施例のＶＯＡの減衰率は式（１）で表せる。
【数１】
2005024891.tif 000003
ここで、Ｔは減衰率、φ１は第１段目の対称ＭＺＩ部１０８におけるアーム導波路間の位相差（非通電状態からの位相変化量）、φ２は第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９におけるアーム導波路間の位相差（非通電状態からの位相変化量）を示す。
【００４７】
本発明は、ヒータの消費電力が減衰率に依存せず一定となるようにするため、各ＭＺＩ部におけるヒータによる位相変化量の和がπで一定になるように制御することが特徴である。本実施例においては、第１段目の対称ＭＺＩ部１０８における薄膜ヒータ１０４ａによる位相差φ１の変化量と、第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９における薄膜ヒータ１０４ｂによる位相差φ２の変化量との和が、πで一定になるように制御している。つまり、式（２）が成立するような制御を行っており、具体的には、各薄膜ヒータ１０４ａ、１０４ｂの電流制御を行うことで、式（２）が成立するような位相制御を行なっている。
【数２】
2005024891.tif 000004
【００４８】
本実施例のＶＯＡにおける位相変化量の総和に対する減衰率の変化を図３に示す。
図３に示すように、位相変化量の総和が一定値πにおいて、φ１、φ２の組合せにより、任意の減衰率に変化することが確認できる。つまり、位相変化量の総和を変えることなく、任意の減衰率を得ることができる。ここで、位相変化量と消費電力は比例関係にあるため、式（３）を満たすようなヒータ制御方法を行うことによって、一定の総消費電力Ｐπで任意の減衰率を変化させることができる。
【数３】
2005024891.tif 000005
ここで、πの位相変化量を与える電力をＰπ、第１段目の対称ＭＺＩ部１０８における消費電力をＰ１、第２段目の非対称ＭＺＩ部１０９における消費電力をＰ２とする。
【００４９】
なお、光の可逆性により、入力導波路と出力導波路を逆にしたＶＯＡ、つまり、出力導波路１０７ｂから信号光を入力し、入力導波路１０６ａから信号光を出力する構成としても、同様の作用、効果が得られる。
【００５０】
図１に示したＶＯＡを作製し、評価を行ったところ、常に約４００ｍＷの消費電力で、０〜６０ｄＢまで減衰率を変化させることができた。
又、本実施例のＶＯＡにおいては、以下のようなメリットが得られる。
【００５１】
（１）一般的に、ＰＤＬ（偏波依存損失）は、減衰率に対して指数関数的に増加する。そこで、従来のＶＯＡと本実施例のＶＯＡについて、減衰率に対するＰＤＬの変化を測定したところ、図４に示すような結果となった。図４からわかるように、本実施例のＶＯＡと従来の１個のＶＯＡにおいて、同じ減衰率を設定して用いた場合、本実施例のＶＯＡのＰＤＬがより小さくなり、信号光の損失をより低減できる。
【００５２】
（２）本実施例のＶＯＡは、いわば、２個のＶＯＡを用いて構成したＶＯＡであり、そのため、２個のＶＯＡを用いて信号光を遮断するため、遮断特性が向上する。
【００５３】
（３）従来のＶＯＡにペルチェ回路若しくは温調用のヒータを取り付け、チップ温度をモニタして、チップ温度を一定にすることは可能である。しかし、従来型のＶＯＡでは減衰率によってチップ温度が大きく変化するため、より精密な温度制御が必要となる。それに対して、本実施例のＶＯＡでは、緩やかに変化する環境温度のみを考慮すればよいため、モニタ間隔を長くでき簡便な温度制御で対応できる。
【００５４】
（４）一般的に３ｄＢ方向性結合器等は、その結合率ずれ等によって、スルーポートにおいては、消光比劣化が発生する。しかし、本実施例のＶＯＡでは、一般的に、消光比が高く得られるクロスポートを用いており、良好な遮断特性が得られる。
【００５５】
（実施例２）
図５は、本発明に係る光可変減衰器の実施形態の他の一例を示す概略図である。
本実施例のＶＯＡを簡単に説明すると、第１段目の対称ＭＺＩ部５０８と、第２段目の対称ＭＺＩ部５０９を、対称ＭＺＩ部５０８ではクロスポートの出力導波路５０７ａを出力導波路とし、対称ＭＺＩ部５０９ではスルーポートの出力導波路５０７ｂを出力導波路として、直列に接続した構成である。なお、上記対称ＭＺＩ部５０８及び対称ＭＺＩ部５０９の構成は、図１にて示した対称ＭＺＩ部１０８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。
【００５６】
図５において、５０１は光導波路、５０２ａ、５０２ｂ、５０５ａ、５０５ｂは３ｄＢ方向性結合器、５０３ａ、５０３ｂは配線、５０４ａ、５０４ｂは薄膜ヒータ、５０６ａ、５０６ｂは入力導波路、５０７ａ、５０７ｂは出力導波路を示す。
【００５７】
本実施例のＶＯＡは、ＭＺＩ型ＶＯＡを２段直列に配置した構成になっており、第１段目のＭＺＩ型ＶＯＡとしては、対称ＭＺＩ部５０８のクロスポート、第２段目のＭＺＩ型ＶＯＡとしては、対称ＭＺＩ５０９のスルーポートを利用しており、更に、後述する位相変化量の総和を一定にすることで、減衰率に依存した消費電力を解消している。ここで、対称ＭＺＩ部５０８、対称ＭＺＩ５０９においては、共に光路長差は０である。
【００５８】
ここで、第１段目の対称ＭＺＩ部５０８は、薄膜ヒータ５０４ａを駆動しない状態（非通電状態）で、出力導波路端５０７ａ（クロスポート）へ信号光を透過し、第２段目の対称ＭＺＩ部５０９は、薄膜ヒータ１０４ａを駆動しない状態（非通電状態）で、出力導波路端５０７ｂ（スルーポート）への信号光を遮断する構成である。つまり、非通電状態における各ＭＺＩ部の光路長差の総和は、Ｍが０の場合のＭλ＝０を満たすように、構成されている。
【００５９】
次に、上記構成の本実施例のＶＯＡにおいて、減衰率に依存した消費電力を解消するため、どのような制御を行うか説明する。
２段構成である本実施例のＶＯＡの減衰率は式（４）で表せる。
【数４】
2005024891.tif 000006
ここで、Ｔは減衰率、φ１は第１段目の対称ＭＺＩ部５０８におけるアーム導波路間の位相差（非通電状態からの位相変化量）、φ２は第２段目の対称ＭＺＩ部５０９におけるアーム導波路間の位相差（非通電状態からの位相変化量）を示す。
【００６０】
本発明は、ヒータの消費電力が減衰率に依存せず一定となるようにするため、各ＭＺＩ部におけるヒータによる位相変化量の和がπで一定になるように制御することが特徴である。本実施例においては、第１段目の対称ＭＺＩ部５０８における薄膜ヒータ５０４ａによる位相差φ１の変化量と、第２段目の対称ＭＺＩ部５０９における薄膜ヒータ５０４ｂによる位相差φ２の変化量との和が、πで一定になるように制御している。つまり、式（５）が成立するような制御を行っており、具体的には、各薄膜ヒータ５０４ａ、５０４ｂの電流制御を行うことで、式（５）が成立するような位相制御を行なっている。
【数５】
2005024891.tif 000007
【００６１】
つまり、位相変化量と消費電力は比例関係にあるため、式（６）を満たすようなヒータ制御方法を行うことによって、一定の総消費電力Ｐπで任意の減衰率を変化させることができる。
【数６】
2005024891.tif 000008
ここで、πの位相変化量を与える電力をＰπ、第１段目の対称ＭＺＩ部５０８における消費電力Ｐ１、第２段目の対称ＭＺＩ部５０９における消費電力をＰ２とする。
【００６２】
なお、光の可逆性により、入力導波路と出力導波路を逆にしたＶＯＡ、つまり、出力導波路５０７ｂから信号光を入力し、入力導波路５０６ａから信号光を出力する構成としても、同様の作用、効果が得られる。
【００６３】
図５に示したＶＯＡを作製し、評価を行ったところ、常に約４００ｍＷの消費電力で、０〜５０ｄＢまで減衰率を変化させることができた。
又、本実施例においては、前述のメリット（１）〜（３）に加えて、以下のようなメリットが得られる。
【００６４】
（５）ＶＯＡを全て対称ＭＺＩで構成できるため、光路長差を調整する必要がなく、簡便に作製できる。
【００６５】
（実施例３）
図６は、本発明に係る光可変減衰器の実施形態の他の一例を示す概略図である。
本実施例のＶＯＡを簡単に説明すると、第１段目の非対称ＭＺＩ部６０８と、第２段目の非対称ＭＺＩ部６０９を、非対称ＭＺＩ部６０８ではスルーポートの出力導波路６０７ａを出力導波路とし、非対称ＭＺＩ部６０９ではクロスポートの出力導波路６０７ｂを出力導波路として、直列に接続した構成である。なお、上記非対称ＭＺＩ部６０８及び非対称ＭＺＩ部６０９の構成は、図１にて示した非対称ＭＺＩ部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。
【００６６】
図６において、６０１は光導波路、６０２ａ、６０２ｂ、６０５ａ、６０５ｂは３ｄＢ方向性結合器、６０３ａ、６０３ｂは配線、６０４ａ、６０４ｂは薄膜ヒータ、６０６ａ、６０６ｂは入力導波路、６０７ａ、６０７ｂは出力導波路を示す。
【００６７】
本実施例のＶＯＡは、ＭＺＩ型ＶＯＡを２段直列に配置した構成になっており、第１段目のＭＺＩ型ＶＯＡとしては、信号光の半波長の光路長差（λ／２）を有した非対称ＭＺＩ部６０８のスルーポート、第２段目のＭＺＩ型ＶＯＡとしては、信号光の半波長の光路長差（λ／２）を有した非対称ＭＺＩ６０９のクロスポートを利用しており、更に、後述する位相変化量の総和を一定にすることで、減衰率に依存した消費電力を解消している。なお、本実施例では、非対称ＭＺＩ６０８、６０９における光路長差を、共に半波長（λ／２）になるように設定したが、ｍ１、ｍ２を整数とすると、非対称ＭＺＩ６０８、６０９における光路長差ΔＬ１、ΔＬ２は、ΔＬ１＝λ／２＋ｍ１λ、ΔＬ２＝λ／２＋ｍ２λを満たせば、どのような光路長差としてもよい。
【００６８】
ここで、第１段目の非対称ＭＺＩ部６０８は、薄膜ヒータ６０４ａを駆動しない状態（非通電状態）で、出力導波路端６０７ａ（スルーポート）へ信号光を透過し、第２段目の非対称ＭＺＩ部６０９は、薄膜ヒータ１０４ａを駆動しない状態（非通電状態）で、出力導波路端６０７ｂ（クロスポート）への信号光を遮断する構成である。ここで、非通電状態における各非対称ＭＺＩ部の光路長差の総和は、Ｍを整数とすると、Ｍλを満たすように構成されている。
【００６９】
次に、上記構成の本実施例のＶＯＡにおいて、減衰率に依存した消費電力を解消するため、どのような制御を行うか説明する。
２段構成である本実施例のＶＯＡの減衰率は式（７）で表せる。
【数７】
2005024891.tif 000009
ここで、Ｔは減衰率、φ１は第１段目の非対称ＭＺＩ部６０８におけるアーム導波路間の位相差（非通電状態からの位相変化量）、φ２は第２段目の非対称ＭＺＩ部６０９におけるアーム導波路間の位相差（非通電状態からの位相変化量）を示す。
【００７０】
本発明は、ヒータの消費電力が減衰率に依存せず一定となるようにするため、各ＭＺＩ部におけるヒータによる位相変化量の和がπで一定になるように制御しており、本実施例においては、第１段目の非対称ＭＺＩ部６０８における薄膜ヒータ６０４ａによる位相差φ１の変化量と、第２段目の非対称ＭＺＩ部６０９における薄膜ヒータ６０４ｂによる位相差φ２の変化量との和が、πで一定になるように制御している。つまり、式（８）が成立するような制御を行っており、具体的には、各薄膜ヒータ６０４ａ、６０４ｂの電流制御を行うことで、式（８）が成立するような位相制御を行なっている。
【数８】
2005024891.tif 000010
【００７１】
つまり、位相変化量と消費電力は比例関係にあるため、式（９）を満たすようなヒータ制御方法を行うことによって、一定の総消費電力Ｐπで任意の減衰率を変化させることができる。
【数９】
2005024891.tif 000011
ここで、πの位相変化量を与える電力をＰπ、第１段目の非対称ＭＺＩ部６０８における消費電力Ｐ１、第２段目の非対称ＭＺＩ部６０９における消費電力をＰ２とする。
【００７２】
なお、光の可逆性により、入力導波路と出力導波路を逆にしたＶＯＡ、つまり、出力導波路６０７ｂから信号光を入力し、入力導波路６０６ａから信号光を出力する構成としても、同様の作用、効果が得られる。
【００７３】
図８に示したＶＯＡを作製し、評価を行ったところ、常に約４００ｍＷの消費電力で、０〜５０ｄＢまで減衰率を変化させることができた。
又、本実施例においては、前述のメリット（１）〜（３）が得られる。
【００７４】
（実施例４）
図７は、本発明に係る光可変減衰器の実施形態の他の一例を示す概略図である。
図７では対称ＭＺＩ部のＶＯＡのクロスポートを２段、半波長の光路長差を有した非対称ＭＺＩ部のＶＯＡのクロスポートを２段直列に配置したものである。本実施例のＶＯＡを簡単に説明すると、第１段目と第２段目に対称ＭＺＩ部７０８、７０９を用い、第３段目と第４段目に非対称ＭＺＩ部７１０、７１１を用い、全てのＭＺＩ部においてクロスポートの出力導波路７０７ａ、ｂ、ｃ、ｄを出力導波路として、直列に接続した構成である。なお、上記非対称ＭＺＩ部７０８、７０９及び非対称ＭＺＩ部７１０、７１１の構成は、図１にて示した対称ＭＺＩ部１０８、非対称ＭＺＩ部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。
【００７５】
図７において、７０１は光導波路、７０２ａ、７０２ｂ、７０２ｃ、７０２ｄ、７０５ａ、７０５ｂ、７０５ｃ、７０５ｄは３ｄＢ方向性結合器、７０３ａ、７０３ｂ、７０３ｃ、７０３ｄは配線、７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃ、７０４ｄは薄膜ヒータ、７０６ａ、７０６ｂ、７０６ｃ、７０６ｄは入力導波路、７０７ａ、７０７ｂ、７０７ｃ、７０７ｄは出力導波路を示す。
【００７６】
本実施例のＶＯＡは、ＭＺＩ型ＶＯＡを４段直列に配置した構成になっており、第１段目及び第２段目のＭＺＩ型ＶＯＡとしては、対称ＭＺＩ部７０８、７０９のクロスポート、第３段目及び第４段目のＭＺＩ型ＶＯＡとしては、信号光の半波長の光路長差（λ／２）を有した非対称ＭＺＩ７１０、７１１のクロスポートを利用しており、更に、後述する位相変化量の総和を一定にすることで、減衰率に依存した消費電力を解消している。なお、本実施例では、非対称ＭＺＩ７１０、７１１における光路長差を、共に半波長（λ／２）になるように設定したが、ｍ１、ｍ２を整数とすると、非対称ＭＺＩ７１０、７１１における光路長差ΔＬ１、ΔＬ２は、ΔＬ１＝λ／２＋ｍ１λ、ΔＬ２＝λ／２＋ｍ２λを満たせば、どのような光路長差としてもよい。
【００７７】
ここで、第１段目、第２段目の対称ＭＺＩ部７０８、７０９は、薄膜ヒータ７０４ａ、ｂを駆動しない状態（非通電状態）で、出力導波路端７０７ａ、ｂ（クロスポート）へ信号光を透過し、第３段目、第４段目の非対称ＭＺＩ部７１０、７１１は、薄膜ヒータ７０４ｃ、ｄを駆動しない状態（非通電状態）で、出力導波路端７０７ｃ、ｄ（クロスポート）への信号光を遮断する構成である。ここで、非通電状態における各非対称ＭＺＩ部の光路長差の総和は、Ｍを整数とすると、Ｍλを満たすように構成されている。
【００７８】
次に、上記構成の本実施例のＶＯＡにおいて、減衰率に依存した消費電力を解消するため、どのような制御を行うか説明する。
４段構成である本実施例のＶＯＡの減衰率は式（１０）で表せる。
【数１０】
2005024891.tif 000012
ここで、Ｔは減衰率、φ１は第１段目の対称ＭＺＩ部７０８におけるアーム導波路間の位相差（非通電状態からの位相変化量）、φ２は第２段目の対称ＭＺＩ部７０９におけるアーム導波路間の位相差（非通電状態からの位相変化量）、φ３は第３段目の非対称ＭＺＩ部７１０におけるアーム導波路間の位相差（非通電状態からの位相変化量）、φ４は第４段目の非対称ＭＺＩ部７１１におけるアーム導波路間の位相差（非通電状態からの位相変化量）を示す。
【００７９】
ヒータの消費電力が減衰率に依存せず一定となるようにするため、本実施例においては、４段全てのＭＺＩ部における薄膜ヒータ１０４ａ、ｂ、ｃ、ｄによる位相差変化量φ１、φ２、φ３、φ４の総和が、２πで一定になるように制御している。つまり、式（１１）、（１２）が成立するような制御を行っており、具体的には、各薄膜ヒータ１０４ａ、ｂ、ｃ、ｄの電流制御を行うことで、式（１１）、（１２）が成立するような位相制御を行なっている。
【数１１】
2005024891.tif 000013
【００８０】
つまり、位相変化量と消費電力は比例関係にあるため、式（１３）、（１４）を満たすようなヒータ制御方法を行うことによって、一定の総消費電力２Ｐπで任意の減衰率を変化させることができる。
【数１２】
2005024891.tif 000014
ここで、πの位相変化量を与える電力をＰπ、第１段目の対称ＭＺＩ部７０８における消費電力Ｐ１、第２段目の対称ＭＺＩ部７０９における消費電力をＰ２、第３段目の非対称ＭＺＩ部７１０における消費電力をＰ３、第４段目の非対称ＭＺＩ部７１１における消費電力をＰ４とする。
【００８１】
図７に示した４段構成のＶＯＡを作製し、評価を行ったところ、常に約８００ｍＷの消費電力で、０〜７０ｄＢまで減衰率を変化させることができた。本実施例の構成では、従来型や２段構成のＶＯＡに比べて、同じ減衰率では、消費電力が高くなるものの、ＰＤＬがより低減できる等のメリットを持っている。
【００８２】
本実施例では、４個のＭＺＩ型ＶＯＡを用いて、減衰率に依存性のない一定電力駆動のＶＯＡを実現したが、ヒータを駆動しない状態で光が透過するＭＺＩ型ＶＯＡと、ヒータを駆動しない状態で光が遮断するＭＺＩ型ＶＯＡを１ユニットとし、そのユニットを多段に直列に接続する他の構成のＶＯＡとしても、同様な効果を得られることができる。これは、前述の実施例１〜３のＶＯＡを、１つのユニットとして複数組み合わせても同様である。このように複数組み合わせる場合、Ｎを整数とすると、各々のＭＺＩの位相変化量の総和が、常にＮπになるように制御すればよい。
【００８３】
（実施例５）
図８は、本発明に係る光可変減衰器を用いたＶＯＡアレイの一例を示す概略図である。
【００８４】
図８において、８０１は実施例１の光可変減衰器、８０２は光可変減衰器アレイ（以降、ＶＯＡアレイと呼ぶ。）を示す。つまり、本実施例では、実施例１の２段構成のＶＯＡを、複数組、具体的には、４組並列に並べてアレイ化を行ったものである。
【００８５】
本実施例では、実施例１に示した光可変減衰器を用いることによって、一定の電力で減衰率を変化させることを実現し、又、実施例１に示した光可変減衰器を並列に配設することで、多チャネルに対応することができ、各光可変減衰器８０１において、異なる波長の信号光の減衰率を各々独立して制御することができる。
【００８６】
本実施例のＶＯＡアレイは、実施例１のメリットに加えて、更に以下のメリットが得られる。
【００８７】
（６）ＶＯＡアレイの配置間隔を広げる必要がないため、高い集積度が得られる。
【００８８】
（７）アレイ化を行うことによって、一つ一つのＶＯＡモジュールを並べることに比べ、大幅に実装面積が向上する。
【００８９】
（実施例６）
図９は、本発明に係るＶＯＡアレイを用いた光回路の一例を示す概略図であり、光可変減衰器付き波長合波器を示すものである。
【００９０】
図９において、９０１は実施例１の光可変減衰器、９０２は実施例５の光可変減衰器アレイ、９０３は、平面光導波路型回路の１つであるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）である。
【００９１】
本実施例の光可変減衰器つき波長合波器の機能を、信号光の伝搬する方向に沿って説明する。
波長λ１、λ２、λ３、λ４の信号光を、各々の光可変減衰器９０１に入力し、光可変減衰器９０１を用いて、λ１〜λ４の波長の信号光を、全ての波長において同一の光強度となるよう調整する。その後、アレイ導波路回折格子（波長合波器）９０３を用いて合波して、波長多重光（ＷＤＭ）を生成する。
【００９２】
本実施例では、実施例１に示した光可変減衰器を用いることによって、一定の電力で減衰率を変化させることを実現し、又、実施例１に示した光可変減衰器を並列に配設することで、多チャネルに対応することができ、各光可変減衰器９０１において、異なる波長の信号光の減衰率を各々独立して制御することができる。又、本実施例の構成では、実施例５のメリットに加えて、以下のメリットを得ることができる。
【００９３】
（８）ＶＯＡアレイと他のＰＬＣ回路を一体集積する際、熱伝導を遮断するための溝を形成する必要がなく、作製プロセスヘの負担がない。
【００９４】
なお、実施例１〜６において要した消費電力は、約４００ｍＷ若しくは約８００ｍＷであった。しかしながら、有機系ガラスによる光導波路を用いたり、熱伝導を遮断する溝等を設けたりすることにより、消費電力を大幅に減少させることが可能であり、消費電力として、５ｍＷ〜２０ｍＷの範囲で用いることも可能となる。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明を用いることによって減衰率によって消費電力が変動しない光可変減衰器を実現できる。
【００９６】
又、減衰率に依存したチップの温度変動がないため、ＶＯＡ回路と他のＰＬＣ回路との間に溝を作製する等の必要がなく、作製時間を短縮できる。更に、ＶＯＡチップ内でもチップの温度変動が抑制され、より簡便に減衰率を制御できる。
【００９７】
加えて、ＶＯＡアレイにおいて、隣接に配置されたＶＯＡへの熱干渉を防ぐため、十分な配置間隔をする必要がなくなり、集積度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係る光可変減衰器（ＰＬＣ−ＶＯＡ）を示す実施例１の概略図である。
【図２】
実施例１のＰＬＣ−ＶＯＡにおいて、第１段目と第２段目のＶＯＡをそれぞれ個別に駆動した時のヒータによる位相変化量に対する減衰率の依存性を示すグラフである。
【図３】
実施例１のＰＬＣ−ＶＯＡに関するヒータによる位相変化量の総和に対する減衰率の依存性を示すグラフである。
【図４】
従来のＰＬＣ−ＶＯＡと実施例１のＰＬＣ−ＶＯＡのＰＤＬの減衰率依存性を示すグラフである。
【図５】
本発明に係るＰＬＣ−ＶＯＡを示す実施例２の概略図である。
【図６】
本発明に係るＰＬＣ−ＶＯＡを示す実施例３の概略図である。
【図７】
本発明に係るＰＬＣ−ＶＯＡを示す実施例４の概略図である。
【図８】
本発明に係るＶＯＡアレイを示す実施例５の概略図である。
【図９】
本発明に係る光回路を示す実施例６の概略図である。
【図１０】
従来のＰＬＣ−ＶＯＡの概略図である。
【図１１】
従来のＰＬＣ−ＶＯＡのクロスポートにおいて、ヒータによる位相変化量に対する信号光の減衰率の依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１    光導波路
１０２ａ、ｂ  ３ｄＢ方向性結合器
１０３ａ、ｂ  配線
１０４ａ、ｂ  薄膜ヒータ
１０５ａ、ｂ  ３ｄＢ方向性結合器
１０６ａ、ｂ  入力導波路
１０７ａ、ｂ  出力導波路（クロスポート）
１０８    対称ＭＺＩ部
１０９    半波長の光路長差を有する非対称ＭＺＩ部
５０１    光導波路
５０２ａ、ｂ  ３ｄＢ方向性結合器
５０３ａ、ｂ  配線
５０４ａ、ｂ  薄膜ヒータ
５０５ａ、ｂ  ３ｄＢ方向性結合器
５０６    入力導波路
５０７ａ  出力導波路（クロスポート）
５０７ｂ  出力導波路（スルーポート）
５０８    対称ＭＺＩ部
５０９    対称ＭＺＩ部
６０１    光導波路
６０２ａ、ｂ  ３ｄＢ方向性結合器
６０３ａ、ｂ  配線
６０４ａ、ｂ  薄膜ヒータ
６０５ａ、ｂ  ３ｄＢ方向性結合器
６０６ａ、ｂ  入力導波路
６０７ａ  出力導波路（スルーポート）
６０７ｂ  出力導波路（クロスポート）
６０８    半波長の光路長差を有する非対称ＭＺＩ部
６０９    半波長の光路長差を有する非対称ＭＺＩ部
７０１    光導波路
７０２ａ、ｂ、ｃ、ｄ  ３ｄＢ方向性結合器
７０３ａ、ｂ、ｃ、ｄ  配線
７０４ａ、ｂ、ｃ、ｄ  薄膜ヒータ
７０５ａ、ｂ、ｃ、ｄ  ３ｄＢ方向性結合器
７０６ａ、ｂ、ｃ、ｄ  入力導波路
７０７ａ、ｂ、ｃ、ｄ  出力導波路（クロスポート）
７０８    対称ＭＺＩ部
７０９    対称ＭＺＩ部
７１０    半波長の光路長差を有する非対称ＭＺＩ部
７１１    半波長の光路長差を有する非対称ＭＺＩ部
８０１    実施例１の光可変減衰器
８０２    光可変減衰器アレイ
９０１    実施例１の光可変減衰器
９０２    光可変減衰器アレイ
９０３    アレイ導波路回折格子
【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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