(57)【要約】【課題】  波長依存性が小さく、偏波依存性が小さく、低コストで製造可能な導波路型可変光アテネータを提供する。【解決手段】  クラッド１中に所定の屈折率温度係数を有する材料からなる導波路２が設けられ、この導波路２に交差させて上記とは異なる屈折率温度係数を有する材料からなる透過帯３が設けられ、これら導波路２と透過帯３を加熱するヒータ５が設けられる。導波路２と透過帯３との屈折率差の変化により損失を変化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッド中に所定の屈折率温度係数を有する材料からなる導波路が設けられ、この導波路に交差させて上記とは異なる屈折率温度係数を有する材料からなる透過帯が設けられ、これら導波路と透過帯を加熱するヒータが設けられたことを特徴とする導波路型可変光アテネータ。
【請求項２】
導波路の屈折率温度係数が正であり、透過帯の屈折率温度係数が負であることを特徴とする請求項１記載の導波路型可変光アテネータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路を伝搬する光を減衰させる導波路型可変光アテネータに係り、波長依存性が小さく、偏波依存性が小さく、低コストで製造可能な導波路型可変光アテネータに関する。
【背景技術】
【０００２】
波長多重通信システムなどの光通信において、導波路を伝搬する光を減衰させるために導波路型可変光アテネータが用いられる。
【０００３】
図３に示されるように、背景技術の導波路型可変光アテネータは、石英基板１１に配置された２つのＹ分岐回路１２，１３と２本のシングルモード導波路１４，１５とからなるＭＺＩ回路１６と、一方のシングルモード導波路１５を加熱するヒータ１７とから構成される。
【０００４】
図示左側の入射ポートに入射された光はＹ分岐回路１２により２本のシングルモード導波路１４，１５に分岐され、これらシングルモード導波路１４，１５を通過後にＹ分岐回路１３で合成される。このとき、それぞれのシングルモード導波路１４，１５を通過した光が干渉するので、両光の位相整合のとれた成分のみが図示右側の出射ポートへ伝搬する。従って、入射ポートに入射された光に比べ出射ポートから出射される光は減衰していることになる。例えば、それぞれのシングルモード導波路１４，１５を通過した光の位相差φが０の場合は減衰率０％となり、同位相差φがπの場合は減衰率１００％となる。２本のシングルモード導波路１４，１５における光の位相差φは、ヒータ１７により制御できる。すなわち、一方のシングルモード導波路１５を加熱すると、そのシングルモード導波路１５の屈折率が上昇し、他方のシングルモード導波路１４の屈折率は変わらないので、伝搬する光の位相差φを変化させることができる。
【０００５】
また、特許文献１には、図３とほぼ同等の構成による光スイッチのほかに、２本のシングルモード導波路に楔形の溝を交差させ、この溝に屈折率整合オイルを出し入れする光スイッチが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−８９１４３号公報
【特許文献２】特開２００２−２２１６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
背景技術の導波路型可変光アテネータには、次の問題点がある。
【０００８】
（１）光の干渉を利用しているため、波長依存性、温度依存性、偏波依存性がそれぞれ大きい。
【０００９】
（２）導波路を局所的に加熱するので、熱応力が導波路に加わり、その結果、複屈折が増加したり、偏波面が回転するという現象が起きる。これらの現象のために、偏波依存性が大きい。
【００１０】
（３）素子寸法（図３の全体を言う）が大きいため、１ウエハから製造できる素子数が少ない。このため単価が高くなり、量産性に問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、波長依存性が小さく、偏波依存性が小さく、低コストで製造可能な導波路型可変光アテネータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、クラッド中に所定の屈折率温度係数を有する材料からなる導波路が設けられ、この導波路に交差させて上記とは異なる屈折率温度係数を有する材料からなる透過帯が設けられ、これら導波路と透過帯を加熱するヒータが設けられたものである。
【００１３】
導波路の屈折率温度係数が正であり、透過帯の屈折率温度係数が負であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
（１）波長依存性が小さくできる。
（２）偏波依存性が小さくできる。
（３）低コストで製造可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図１に示されるように、本発明に係る導波路型可変光アテネータは、クラッドを構成する石英基板１の上面内部に導波路（コア）２が設けられ、この導波路２を横切るように樹脂からなる透過帯３が設けられ、この石英基板１に、導波路２と透過帯３を含む加熱領域４を加熱するヒータ５が設けられ、さらに、この加熱領域４の温度を検出する温度センサ６が設けられたものである。
【００１７】
導波路２は、特に直線状である必要はないが、ここでは直線状に形成され、図示左側の入射ポートから図示右側の出射ポートへ光を伝搬させることができる。導波路２は、シングルモード導波路である。
【００１８】
透過帯３は、導波路２の材料である石英ガラスの屈折率温度係数とは異なる屈折率温度係数を有する材料である樹脂からなる。透過帯３は、導波路２に交差する溝を形成し、その溝の中に樹脂を充填して形成される。一般に、樹脂の屈折率は温度増加に対し単調減少するので、透過帯３の屈折率温度係数は負となる。一方、導波路２の材料である石英ガラスの屈折率は温度増加に対し単調増加するので、導波路２の屈折率温度係数は正となる。導波路２と透過帯３を共に加熱すると、導波路２と透過帯３の屈折率差は単調増加することになる。両材料の屈折率温度係数が同符号であっても数値が異なれば、加熱により屈折率差の単調増加を得ることができる。言い換えると、導波路２と透過帯３の屈折率差は温度に対して増減が０でない関数となる。好適には、導波路２と透過帯３の屈折率が同じとなる温度が存在し、この温度から離れると屈折率差が顕著に開くようにする。
【００１９】
透過帯３は、光の伝搬経路中に屈折率の異なる部分を挿入するために、導波路２に対して交差させて設けられる。この導波路２と透過帯３における光の閉じ込め効果の違いにより減衰効果が得られるので、その観点では交差角度は直角でも良いが、一方、屈折率が違う界面では反射が生じる。ここでは、透過帯３は、導波路２と透過帯３との界面で入射光が入射側へ反射するのを防ぐため、導波路２に対して斜めに交差させてある。この反射による戻り光がどの程度になるかは交差角と比屈折率差Δとにより算出できる。そこで、許容できる戻り光の大きさと比屈折率差Δとから交差角を決定するとよい。
【００２０】
透過帯３の幅（導波路長手方向）は、減衰効果の大きさに関係する。ここでは、導波路２と透過帯３の屈折率差が０（か又は十分に小さい）ときに最小損失となるように透過帯３の幅を決定してある。透過帯３の長さ（導波路２に対して交差する方向）は、導波路２の幅より十分に大きければよい。透過帯３の深さ（高さ）は、導波路２と同じかそれより大きければよい。
【００２１】
透過帯３は、１箇所だけでもよいが、ここでは導波路２の長手方向に沿って適宜な間隔をおいて複数箇所に設けられている。透過帯３の間隔は、減衰効果の大きさに関係する。ここでは、導波路２と透過帯３の屈折率差が０（か又は十分に小さい）ときに最小損失となるように透過帯３の間隔を決定してある。
【００２２】
ヒータ５と温度センサ６は、石英基板１の上面上に設けられている。ヒータ５のためのリード線（図示せず）と温度センサ６のためのリード線７も石英基板１の上面上に設けられている。
【００２３】
図１の導波路型可変光アテネータの製造方法を簡単に説明しておく。
【００２４】
まず、石英ガラスを基板とする石英系平面導波回路の一般的なプロセスにより、石英基板１に１本のシングルモード導波路２を作成する。その後、フォトリソグラフィ、エッチングにより上記溝を形成する。この溝に樹脂を充填し、高温にして硬化させて透過帯３を形成する。その後、ヒータ５と温度センサ６を導波路２上に、或いは導波路２及び透過帯３を加熱するのに十分な程度に導波路２に近い位置に接着固定する。
【００２５】
図２に示されるように、図１の導波路型可変光アテネータは、石英基板１上に導波路２であるコア２１を有し、そのコア２１の上にクラッド２２を有する。コア２１の屈折率はクラッド２２の屈折率より大きい。透過帯３の底面は、コア２１の底面より深く石英基板１に入り込んでおり、透過帯３の上面は、クラッド２２の上面とほぼ同じ高さであり、クラッドには覆われていない。
【００２６】
以下、図１の導波路型可変光アテネータの動作を具体的な数値も交えて説明する。
【００２７】
透過帯３の材料としてシリコーン樹脂を用いたとすると、シリコーン樹脂の屈折率温度係数は−３．６６×１０-6であり、導波路２の材料である石英ガラスの屈折率温度係数は８．７３×１０-6である。
【００２８】
上記の材料選択により、６５℃で導波路２と透過帯３の屈折率差が０となり、１２０℃では導波路２と透過帯３の屈折率差が０．０１となる。
【００２９】
図示しない温度制御装置により温度センサ６の出力を監視しつつヒータ５を駆動して領域４の一帯を６５℃に制御する。図示左側の入射ポートに入射された光は、導波路２を伝搬し、各透過帯３を順に透過して図示右側の出射ポートへ伝搬する。前述のように、透過帯３の幅と間隔は導波路２と透過帯３の屈折率差が０のときに最小損失となるように決定してあるので、光はほとんど減衰することなく出射ポートへ伝搬する。理論的には、高さ方向の閉じ込めがないことによる回折損失が０．５ｄＢあるが、実際に試作した結果では、１ｄＢの損失となった。
【００３０】
次に、領域４の一帯を１２０℃に制御する。上記と同様に入射ポートに入射された光は出射ポートへ伝搬するが、各透過帯３の界面において導波路２と透過帯３の屈折率差が０．０１であるため、光は減衰して出射ポートへ伝搬する。つまり原理的には損失は２５ｄＢである。実際に試作した結果では、２６ｄＢの損失となった。６５℃での損失を基準とすると、１２０℃で２５ｄＢの損失となるので、５５℃の加熱で２５ｄＢの減衰率が得られることになる。
【００３１】
ここで、光が減衰する理由を説明する。
【００３２】
まず、導波路２における光の大きさ（モードフィールド径）と透過帯３における光の大きさが異なる。この光の大きさの相違があるため、光が導波路２から透過帯３に入るときにその境界で光は拡散（回折）する（図２のＡ部分）。このとき、回折損失が生じるので、透過帯３における光の減衰量を回折損失の大きさにより調整することもできる。
【００３３】
さらに、この回折光は、透過帯３から導波路２に戻ることができず、クラッドである石英基板１に漏れ込んでしまう（図２のＢ部分）。この損失をクラッド損失という。導波路２と透過帯３の屈折率差が大きくなるに従い、クラッド損失が増加する。
【００３４】
さらに、導波路２はクラッドに囲まれていることにより光の閉じ込め効果を十分に有するが、透過帯３はクラッドに覆われていないので、光の閉じ込め効果が不十分である。透過帯３に入った光はクラッドに覆われていない上面から散失してしまう（図２のＣ部分）。このような性質（又は構造）を閉じ込めのない溝と言う。
【００３５】
このように、本発明では、温度制御によって導波路２と透過帯３の屈折率差を広げることにより、境界で生じる回折損失と、光がクラッドに漏れ込むことによるクラッド損失とを制御することができ、透過帯３の上面にクラッドが無いことによる損失もあるので、これら３者の損失があいまって、光の減衰効果が得られる。
【００３６】
一方、上記の試作においては、偏波依存性損失（ＰＤＬ）は０．１ｄＢと非常に小さい値であった。
【００３７】
以上まとめると、図１の導波路型可変光アテネータは、導波路２と透過帯３の屈折率がそれぞれ温度に依存している。そして、透過帯３の屈折率が導波路２の屈折率と同じｎ０である温度において損失が最小となるように透過帯３の幅と間隔を決定（最適化）してある。温度が変わって透過帯３の屈折率が導波路２の屈折率と異なるｎ１になると、透過帯３の幅と間隔が最適でなくなり、損失が増大する。このとき、増大する損失は回折損失であって、導波路２に閉じ込められて伝搬していた光が透過帯３に入ると閉じ込めが無くなり、回折が発生する。ある程度光が回折したところで、その光が導波路２に入ると再び閉じ込められる。そしてまたその光が透過帯３に入ると回折が発生する、という繰り返しになる。前述のように、透過帯３の幅と間隔をある温度について最適化しておけばその温度での回折損失を小さくし、他の温度での回折損失を大きくすることができる。
【００３８】
本発明に係る導波路型可変光アテネータは、光の干渉を利用していないため、波長依存性が小さくできる。
【００３９】
また、本発明に係る導波路型可変光アテネータは、導波路を局所的に加熱しないくてよいので、熱応力による偏波面の回転現象が抑えられ、偏波依存性が小さくできる。
【００４０】
さらに、本発明に係る導波路型可変光アテネータは、導波路が１本あれば構成することができ、Ｙ分岐回路も必要ないので、素子寸法が小さくでき、１ウエハから製造できる素子数が多くなる。このため単価が安くなり、量産性が向上する。
【００４１】
前述の動作説明では、２つのの温度における損失の違いに着目したが、温度を連続的に変化させれば、導波路２と透過帯３の屈折率差が連続的に変化するので、損失も連続的に変化する。よって、本発明に係る導波路型可変光アテネータは、減衰率を連続的に可変にすることができる。
【００４２】
上記実施の形態では、導波路２の材料を石英ガラスとし、透過帯３の材料を樹脂としたが、導波路２、透過帯３のいずれも半導体材料や他の誘電体材料を使用することができ、両材料の屈折率温度係数が異なっていれば、加熱により減衰量を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態を示す導波路型可変光アテネータの平面図である。
【図２】図１の導波路型可変光アテネータの断面図である。
【図３】背景技術の導波路型可変光アテネータの平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  石英基板
２  導波路
３  透過帯
４  加熱領域
５  ヒータ
６  温度センサ
【図１】
2005242139.tif 000003
【図２】
2005242139.tif 000004
【図３】
2005242139.tif 000005