(57)【要約】【課題】Ｓ型導波管を使用する調節可能な光減衰器およびその方法【解決手段】Ｓ型導波管を使用する調節可能光減衰器は、第１の屈折率を有し、かつその中にスロットを形成するクラッド層と、該クラッド層の該スロットに埋め込まれており、かつ温度変化に敏感な第２の屈折率を有するコア層とを備えており、光は該コア層を介して伝達され、光の減衰は該コア層の温度にしたがって変化する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の屈折率を有し、かつその中にスロットを形成するクラッド層と、
前記クラッド層の前記スロットに埋め込まれており、かつ温度変化に敏感な第２の屈折率を有するコア層と、を備えており、前記コア層を通って伝達される光信号の減衰は前記コア層の温度に応じて変化することを特徴とするＳ型導波管調節可能光減衰器。
【請求項２】
前記コア層はポリマー材料から形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光減衰器。
【請求項３】
前記クラッド層はガラス材料から形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光減衰器。
【請求項４】
前記コア層の上面がさらに、その上に電極層を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の光減衰器。
【請求項５】
前記電極層と前記コア層間にバッファ層をさらに備えていることを特徴とする、請求項４に記載の光減衰器。
【請求項６】
前記バッファ層は二酸化珪素から形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の光減衰器。
【請求項７】
前記コア層の温度を変化させるために動作可能な温度調節器をさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の光減衰器。
【請求項８】
前記温度調節器はさらに、前記コア層の温度を変化させるために動作可能な加熱器を備えていることを特徴とする、請求項７に記載の光減衰器。
【請求項９】
前記温度調節器はさらに、前記コア層の温度を変化させるために動作可能な冷却装置を備えていることを特徴とする、請求項７に記載の光減衰器。
【請求項１０】
光減衰器を通して光信号を伝達するステップであって、前記光減衰器はクラッド層と、ポリマー材料から形成されており、かつ前記クラッド層のスロットに埋め込まれているコア層とを含んでおり、前記コア層は感温屈折率を有しているステップと、
光信号の強度を減衰するために前記コア層の温度を調節するステップと、を備えていることを特徴とするＳ型導波管を使用する光減衰方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光減衰器に関し、より具体的には、より広範囲の電力減衰を達成するためにＳ型導波管の屈曲と屈折率の変化とを使用する光減衰器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光減衰器は従来光の力を減衰するために使用され、光工学の分野、特に光ファイバシステムインジケータおよびメータ、短距離通信システムの信号減衰器等において重要な受動素子を構成している。
【０００３】
光減衰器は従来２通りの方法で機能する。第１の動作モードでは、縦方向または横方向の変位を使用して、光ファイバをずらすことによって光の減衰を達成する。第２の動作モードでは、光吸収特徴を有するガラス要素を光パスに導入する。光減衰器は、固定型減衰器、漸次適応可能な減衰器、あるいは連続調節可能な減衰器に分けることができる。
【０００４】
当業界で既知の別のタイプの減衰器は、光導波管技術を使用してもよいが、光減衰器の大部分は現在光学システム技術または光ファイナー構造技術を実現している。光ファイバ減衰器はしばしば光ファイバ通信システムで使用され、減衰は通常光ファイバ屈曲、シフト、圧締、屈折率変更等によって達成される。
【０００５】
従来、光学システム技術および光ファイバ技術を使用する光減衰器は光導波管技術を使用する減衰器より大きいサイズを有している。さらに、光学システム技術によって構成されている光減衰器は、より簡略な構造を有しており、かつ製造コストが低い。しかしながら、減衰調節を有する後者を実現することは光導波管技術にしたがって構成されている光減衰器よりも困難である。
【０００６】
言い換えると、光学システム技術および光ファイバ技術は、過度に大きな寸法であり、製造コストが高く、かつ調節が困難な光減衰器を形成するという不都合を有している。最近の技術開発では、光導波管構造によって構成されている減衰器が特に重要視されている。
【０００７】
米国特許第６，３８５，３８３号は、光導波管構造、特に線形導波管構造によって構成されている光減衰器を開示している。線形導波管構造は異なる材料をクラッディングする２つの場所を有している。このタイプの減衰器構造は埋め込み式で形成されており、このことは製作プロセスをより実現困難にし、不利な反射を受ける可能性がある。さらに温度調節範囲は１８０℃に達しなくてはならず、これは不安定性の原因となりうる。加えて、減衰器構造のコア導波管はクラッド層に封入され、このことは製作プロセスをより複雑にする。
【０００８】
米国特許出願番号第２００３／００１６９３７Ａ１号は、アーク形状の導波管構造を開示している。しかしながら、導波管部分は依然として埋め込まれており、これは製作プロセスを困難にし、さらに少なくとも９０℃の温度調節範囲を必要としている。さらにこのタイプの構造はその光出口方向と光入口方向間の非平行構造ゆえに容易に統合できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
現在の技術的傾向においては、光減衰器の主要な性能基準は軽量、小型、高精度、優れた安定性、便利な調節、低コストおよび簡略な製造などの要因を含んでいる。これらの基準に関して、現在の光減衰器の改善が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によると、Ｓ型導波管光減衰器は簡略な構造と、簡略かつ低コストの製造プロセスを有し、サイズが小さく、また調節が容易である。
【００１１】
本発明の別の態様によると、Ｓ型導波管光減衰器は温度変動を調節するためにＳ型導波管および埋め込み部分構造を有しており、光通信要素および光導波管統合要素で適用可能である。
【００１２】
一実施形態において、Ｓ型導波管調節可能光減衰器は、第１の屈折率とその中に形成されているスロットとを有するクラッド層を備えている。さらにコア層は、温度変化に敏感な第２の屈折率を有するクラッド層のスロットに埋め込まれており、光はコア層を通して伝達される。光減衰はコア層の温度に応じて変化する。
【００１３】
別の実施形態では、Ｓ型導波管減衰方法は、光減衰器を通して光を伝達するステップを備えており、光減衰器はクラッド層と、ポリマー材料から形成され、該クラッド層のスロットに埋め込まれているコア層とを含んでいる。コア層は感温屈折率を有しており、光減衰器の中から出現する光の減衰を達成するためにコア層の温度を調節する。
【００１４】
従来の技術と比較して、光減衰器は３０℃以内で調節できる温度調節範囲を有しているため、高温の変動によるエージングをより受けづらい。さらに、光減衰はより容易に調節することができ、光減衰器は、その統合を容易にする統合要素の直列接続によって同一の方向を有している。
【００１５】
本発明の適用可能性のさらなる範囲は以下に示されている詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、この詳細な説明から本発明の主旨および範囲内での種々の変更および変形は当業者に明らかになるため、詳細な説明および具体例は本発明の好ましい実施形態を示す一方で例示にすぎないことが理解されなければならない。
【００１６】
本発明は以下の説明においてのみなされている詳細な説明からより完全に理解されるようになり、したがって本発明に限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に従ったＳ型導波管光減衰器の概略図である。光減衰器はコア層１０と、クラッド層２０と、バッファ層３０と、温度調節電極層４０とを含んでいる。コア層１０はクラッド層２０のスロットに埋め込まれており、バッファ層３０が配置されている表面を露呈している。電極層４０はバッファ層３０上に形成されている。クラッド層２０は、第１の屈折率ｎcladdingを有しており、コア層１０は第２の屈折率ｎcoreを有している。
【００１８】
コア層１０はポリマー材料から形成され、主要な光誘導エリアを構成している。クラッド層２０はガラス材料から形成され、多量の光減衰を達成するために、それに応じてコア層１０と関連付けられている。バッファ層３０は電極層４０と適合するように形成され、二酸化珪素ＳｉＯ2から形成されている。
【００１９】
温度調節器５０が電極層４０を介してコア層１０に温度変化を適用すると、コア層１０の屈折率ｎcoreがそれに応じて変化する。
【００２０】
コア層１０の幅Ｗinと厚さｔは特定パラメータである。図２に図示されるように、Ｓ型導波管要素は２つの曲線状の導波管部分２１、２２と、線形入口および出口導波管部分２３、２４とを含んでいる。このＳ型導波管は簡略かつ便宜的に製造可能である。光はコア層１０を通って進入し、２つの曲線状の導波管部分２１、２２を通って進み、出口導波管部分２４を介して出現する。
【００２１】
デカルト座標系（ｘ、ｙ）では、Ｓ型導波管構造の輪郭を以下のように表すことができる：
ｙ（ｘ）＝（Ｗ／Ｌ）ｘ−（Ｗ／２π）ｓｉｎ（２πｘ／Ｌ）
【００２２】
Ｓ型導波管構造とは、いわゆる「上記等式中の正弦関数に起因する」ものである。類似の輪郭の導波管構造はまた余弦関数を含むことができ、Ｓ型導波管構造はそうでなければ２つの連続曲線部分を含むように修正可能である。
【００２３】
温度調節器５０は、電極層４０およびバッファ層３０を介してコア層１０の温度、ひいてはその屈折率ｎcoreを調節および変更するために使用される。温度調節器はホットライト加熱器または冷却機械であってもよい。
【００２４】
温度調節器がコア層１０に温度変化を適用する場合、コア層１０は屈折率の最も大きな変動を有し、クラッド層２０はその構成材料ゆえに温度変化にほとんど影響を受けない。したがって、ポリマーベースのコア層は、屈折率の変動ゆえに、ガラスベースのクラッド層と比べ温度変化により敏感である。したがってコア層とクラッド層間の屈折率の変動率は容易に調節可能である。
【００２５】
コア層１０の屈折率が温度変化に起因してクラッド層２０の屈折率以下になると、光伝搬方向はコア層１０を回避するために変化する。その結果、出口２４で受け取られる光パワーは光伝搬方向の修正に応じて変化し、それにより光減衰効果を達成する。
【００２６】
したがって、光パワーは温度調節を介して変更可能である。例えば、例えば３０℃の事前設定されている温度調節範囲を想定してみよう。温度調節器は温度範囲を変更するために動作され、その結果コア層１０の屈折率の変動もまた固定範囲内に設定される。屈折率とリンクしている弱誘導特徴に基づいて、コア層１０とクラッド層２０間の屈折率差は屈曲損失に関連して縮小され、その結果光パスの減衰を調節できる。
【００２７】
クラッド層の温度がクラッド層の一部またはコア層の一部の屈折率を変更するために調節される従来の技術とは対照的に、本発明はコア層全体の屈折率を変更するためにコア層の温度変動を実現する。さらに、従来の技術においては、クラッド層とコア層両方の材料が類似しているか、あるいはクラッド層がポリマーから形成されているかのいずれかである。対照的に、本発明のコア層はポリマーから形成されているのに対して、クラッド層はガラス材料から形成されている。
【００２８】
減衰器構造を製作するために実行されている製造プロセスにおいて、スロットはクラッド層として使用されているガラス基板にエッチングされている。それから、導波管ポリマー材料がスロットに充填され、コア層を形成する。次にバッファ層がコア層上でスピンコーティングされ、金属性の電極層がバッファ層上にメッキ加工されている。
【００２９】
光減衰器を製作するための光導波管要素技術の実現は光減衰器のより小さなサイズおよび容易な調節という利点を提供できる。しかしながら、減衰器構造はより複雑であり、これは、特に高精度が達成される場合には製造プロセスをより困難にする。したがって、本発明の光導波管減衰器はコア層とクラッド層の構造を修正する。さらに、それは導波管の屈曲および屈折率変動を使用し、導波および弱誘導中に生じる屈曲損失による散乱効果を生成する。これは屈折率の変動によって生じる。相当範囲の光減衰がそれにより達成できるのに対して、光波長は依然として伝達中に一定の構成を維持することができる。さらに、本発明の主要な態様は、弱誘導および導波管屈曲の効果がコア層とクラッド層間の屈折率の変動を介して実現され、屈曲損失を生じさせることによって減衰機構を構成するということである。
【００３０】
本発明の構造に適切な光波範囲を検証するためにシミュレーションが実行される。図３は、ΔＴ＝２０．３℃乃至５０．３℃の温度調節に対する光波長と減衰レベルの関係を説明するグラフである。１．２８μｍ乃至１．３３μｍ間の通信波長に対して、減衰レベルは温度調節にしたがって０ｄＢ乃至２２ｄＢ間で変化する。
【００３１】
図４のグラフは、１．５１μｍ乃至１．５６μｍ間の通信波長に対して、温度変動ΔＴ＝２７℃乃至６０℃が０ｄＢ乃至３０ｄＢ間の光減衰範囲を招くということを示している。したがって、図３と図４は、温度調節式光減衰器の特徴を示し、光減衰が約３０℃から観察できることを示している。
【００３２】
本発明の構造はまた、より高いまたはより低い温度範囲の変動に対しても適用可能である。屈折率変動にさらされるコア層の場所が温度調節器に近いため、応答時間は、温度調節器がクラッド層上に配置される場合よりも速い。したがって光減衰は温度を修正することによって正確に調節できる。
【００３３】
さらに本発明の光減衰器構造は分極効果という点で優れた応答を示す。図５および図６のグラフに示されているように、同じ波長に対して、導波管構造はＴＥフィールド、ＴＭフィールドの適用によりほとんど影響を受けない。１．２８μｍおよび１．３３μｍの波長に対して、最大分極差（ＴＥとＴＭ）は０．５ｄＢである（図５を参照）。１．５１μｍと１．５６μｍの波長に対して、最大分極差は０．８ｄＢである（図６を参照）。
【００３４】
上記観察は、本発明の光減衰器構造が、温度調節式導波管調節を受ける場合に光減衰および分極変動の点で優れた信頼性と安定性を示すことを示している。
【００３５】
前述されたように本発明は多数の方法で変更されてよいが、依然として前記の請求項に定義されている本発明の主旨および範囲内にあることは当業者に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に従ったＳ型導波管光減衰器の概略図である。
【図２】Ｓ型導波管の概略図である。
【図３】光波長（１．３μｍ乃至１．３５μｍ）と異なる温度変動における伝送損失との関係を説明するグラフである。
【図４】光波長（１．５μｍ乃至１．５６μｍ）と異なる温度変動における伝送損失との関係を説明するグラフである。
【図５】、波長（１．２８μｍおよび１．３３μｍ）と対応するＴＥフィールドおよびＴＭフィールド間の関係を説明するグラフである。
【図６】波長（１．５１μｍおよび１．５６μｍ）と対応するＴＥフィールドおよびＴＭフィールド間の関係を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１０  コア層
２０  クラッド層
３０  バッファ層
４０  温度調節電極層
５０  温度調節器
【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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【外国語明細書】
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