(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入力端から光出力端へ光を導波させる主光路と、
第１の光カプラおよび第２の光カプラそれぞれを介して前記主光路と光結合され、前記主光路ならびに前記第１および前記第２の光カプラとともにマッハツェンダ干渉計を構成する副光路と、
前記第１の光カプラと前記第２の光カプラとの間における前記主光路の温度を調整する第１の温度調整手段と、
前記第１の光カプラと前記第２の光カプラとの間における前記副光路の温度を調整する第２の温度調整手段と、
前記第１および前記第２の温度調整手段それぞれによる温度調整を制御することで、前記光入力端から前記光出力端への所定波長帯域内の光の透過率および光の損失の波長に対する傾斜を調整する制御手段と、
を備え、
前記第１の温度調整手段および前記第２の温度調整手段の何れによる温度調整も為されていないときに、前記光入力端から前記光出力端への前記所定波長帯域内において第１の透過率および第１の光の損失の波長に対する傾斜となるように、前記第１の光カプラと前記第２の光カプラとの間における前記主光路および前記副光路それぞれの光路長の差が設定されており、
前記制御部が、
前記第１の温度調整手段および前記第２の温度調整手段のうち何れか一方による温度調整により、前記第１の透過率より大きい第２の透過率となるように調整をするとともに、前記第１の光の損失の波長に対する傾斜より小さい第２の光の損失の波長に対する傾斜となるように調整をし、
前記第１の温度調整手段および前記第２の温度調整手段の双方による温度調整により、前記第２の透過率より小さい第３の透過率となるように調整をするとともに、前記第２の光の損失の波長に対する傾斜より大きい第３の光の損失の波長に対する傾斜となるように調整をして、
前記透過率が小さいほど該温度調整に起因する２偏波間の位相差が小さくなるように制御をする、
ことを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記制御手段は、前記透過率が小さいほど、前記第１および前記第２の温度調整手段それぞれによる温度調整ならびに応力に起因する２偏波間の位相差が小さくなるように制御する、ことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項３】
前記制御手段は、前記透過率が０．２以下である範囲において２偏波間の位相差を相殺する、ことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光路の温度の調整により透過特性の調整が可能なマッハツェンダ干渉計型の光デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マッハツェンダ干渉計型の光デバイスは、光入力端から光出力端へ光を導波させる主光路と、第１の光カプラおよび第２の光カプラそれぞれを介して主光路と光結合された副光路と、を備えている。また、この光デバイスは、第１の光カプラと第２の光カプラとの間における主光路および副光路の双方または何れか一方の温度を調整する温度調整手段（例えばヒータやペルチエ素子など）を備えており、この温度調整により透過特性の調整が可能である。このような光デバイスは、例えば、光増幅器の利得を等化する利得等化器として用いられ得る（例えば、文献「C. R. Doerr, et al., "Dynamic Wavelength Equalizer in Silica Using the Single-Filtered Interferometer", IEEE Photonics Technology Letters, Vol.11, No.5, pp.581-583 (1999)」を参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のマッハツェンダ干渉計型の光デバイスは、以下のような問題点を有している。すなわち、主光路または副光路は温度調整手段による温度調整に因り複屈折が生じることから、光入力端から光出力端への光の透過率は偏波に依存して異なる。これに因り、光デバイスは、偏波依存損失（ＰＤＬ: Polarization-Dependent Loss）が生じて、透過特性が劣化する。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、偏波依存損失（ＰＤＬ）が低減されて透過特性が優れた光デバイスを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光デバイスは、(1) 光入力端から光出力端へ光を導波させる主光路と、(2) 第１の光カプラおよび第２の光カプラそれぞれを介して主光路と光結合され、主光路ならびに第１および第２の光カプラとともにマッハツェンダ干渉計を構成する副光路と、(3) 第１の光カプラと第２の光カプラとの間における主光路の温度を調整する第１の温度調整手段と、(4) 第１の光カプラと第２の光カプラとの間における副光路の温度を調整する第２の温度調整手段と、(5) 第１および第２の温度調整手段それぞれによる温度調整を制御することで、光入力端から光出力端への所定波長帯域内の光の透過率および光の損失の波長に対する傾斜を調整する制御手段と、を備えることを特徴とする。
さらに、本発明に係る光デバイスでは、第１の温度調整手段および第２の温度調整手段の何れによる温度調整も為されていないときに、光入力端から光出力端への所定波長帯域内において第１の透過率および第１の光の損失の波長に対する傾斜となるように、第１の光カプラと第２の光カプラとの間における主光路および副光路それぞれの光路長の差が設定されている。そして、本発明に係る光デバイスでは、制御部が、第１の温度調整手段および第２の温度調整手段のうち何れか一方による温度調整により、第１の透過率より大きい第２の透過率となるように調整をするとともに、第１の光の損失の波長に対する傾斜より小さい第２の光の損失の波長に対する傾斜となるように調整をし、第１の温度調整手段および第２の温度調整手段の双方による温度調整により、第２の透過率より小さい第３の透過率となるように調整をするとともに、第２の光の損失の波長に対する傾斜より大きい第３の光の損失の波長に対する傾斜となるように調整をして、透過率が小さいほど該温度調整に起因する２偏波間の位相差が小さくなるように制御をすることを特徴とする。
【０００６】
この光フィルタでは、主光路、副光路ならびに第１および第２の光カプラによりマッハツェンダ干渉計が構成されている。第１の光カプラと第２の光カプラとの間における主光路および副光路それぞれは適切な光路長差が設けられており、主光路の温度が第１の温度調整手段により調整され、副光路の温度が第２の温度調整手段により調整される。そして、制御手段により、第１および第２の温度調整手段それぞれによる温度調整が制御されて、光入力端から光出力端への所定波長帯域内の光の透過率および光の損失の波長に対する傾斜が調整されるとともに、透過率が小さいほど該温度調整に起因する２偏波間の位相差が小さくなるように制御される。これにより、偏波依存損失（ＰＤＬ）の劣化が抑制される。
【０００８】
また、本発明に係る光デバイスでは、制御手段は、透過率が小さいほど、第１および第２の温度調整手段それぞれによる温度調整ならびに応力に起因する２偏波間の位相差が小さくなるように制御するのが好適である。この場合には、応力に起因する複屈折が無視し得ないほど大きいときにも、２偏波間の位相差が小さくなって、偏波依存損失（ＰＤＬ）の劣化が抑制される。
【０００９】
また、本発明に係る光デバイスでは、制御手段は、透過率が０．２以下である範囲において２偏波間の位相差を相殺するのが好適である。この場合には、広い透過率の値の範囲において偏波依存損失（ＰＤＬ）は充分に低減される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る光デバイス１の構成図である。この光デバイス１は、主光路１１０、副光路１２０、ヒータ１３１〜１３４および制御部２００を備えている。主光路１１０および副光路１２０それぞれは、基板１００に形成された光導波路である。主光路１１０は、基板１００の一方の端面にある光入力端１０１と他方の端面にある光出力端１０２との間に設けられた光路である。光入力端１０１から光出力端１０２へ順に、第１の光カプラ１４１、第２の光カプラ１４２および第３の光カプラ１４３が設けられている。主光路１１０と副光路１２０とは、第１の光カプラ１４１、第２の光カプラ１４２および第３の光カプラ１４３それぞれを介して互いに光結合されている。そして、主光路１１０、副光路１２０、第１の光カプラ１４１および第２の光カプラ１４２は第１のマッハツェンダ干渉計１５１を構成している。また、主光路１１０、副光路１２０、第２の光カプラ１４２および第３の光カプラ１４３は第２のマッハツェンダ干渉計１５２を構成している。
【００１２】
ヒータ１３１は、第１の光カプラ１４１と第２の光カプラ１４２との間における主光路１１０上に設けられており、主光路１１０の温度を調整することにより、主光路１１０の位相変化量を調整する。ヒータ１３２は、第１の光カプラ１４１と第２の光カプラ１４２との間における副光路１２０上に設けられており、副光路１２０の温度を調整することにより、副光路１２０の位相変化量を調整する。ヒータ１３１は、第２の光カプラ１４２と第３の光カプラ１４３との間における主光路１１０上に設けられており、主光路１１０の温度を調整することにより、主光路１１０の位相変化量を調整する。また、ヒータ１３２は、第２の光カプラ１４２と第３の光カプラ１４３との間における副光路１２０上に設けられており、副光路１２０の温度を調整することにより、副光路１２０の位相変化量を調整する。これにより、光入力端１０１から光出力端１０２への光の透過率が調整される。
【００１３】
この光デバイス１における光入力端１０１から光出力端１０２への光の透過率Ｔ(λ)は、光の波長λ、第１の光カプラ１４１と第２の光カプラ１４２との間における主光路１１０および副光路１２０それぞれの光路長の差ΔＬ1、第２の光カプラ１４２と第３の光カプラ１４３との間における主光路１１０および副光路１２０それぞれの光路長の差ΔＬ2、光カプラ１４１〜１４３それぞれでの光のパワー結合率Ｃ1〜Ｃ3、ヒータ１３１および１３２により主光路１１０および副光路１２０それぞれが温度調整されたことに因る第１のマッハツェンダ干渉計１５１における光の位相変化量Δφ1、ヒータ１３３および１３４により主光路１１０および副光路１２０それぞれが温度調整されたことに因る第２のマッハツェンダ干渉計１５２における光の位相変化量Δφ2、ならびに、主光路１１０および副光路１２０それぞれの実効屈折率ｎに依存する。
【００１４】
この光デバイス１の透過率Ｔ(λ)は、
【数１】
0004449236.tif 000002
なる式で表される。ここで、Ｃは、マッハツェンダ干渉計１５１を１つの光カプラと想定したときに、この想定した光カプラでの光のパワー結合率である。制御部２００は、ヒータ１３１〜１３４それぞれによる温度調整を制御することで、光デバイス１の光入力端１０１から光出力端１０２への光の透過率Ｔ(λ)を調整し、さらに、所定波長帯域における光の損失の傾斜を調整する。
【００１５】
ところで、基板１００上に形成された主光路１１０および副光路１２０それぞれではＴＥ偏波およびＴＭ偏波それぞれの光が導波する。そして、ＴＥ偏波の光に対する実効屈折率ｎTEと、ＴＭ偏波の光に対する実効屈折率ｎTMとは、ヒータ１３１〜１３４による温度上昇により異なってくる。例えば、基板１００は、石英ガラスであって、屈折率が１．４４４０であるとする。主光路１１０および副光路１２０それぞれは、ＧｅＯ2が添加された矩形断面（７μｍ×７μｍ）のものであり、ヒータ１３１〜１３４との間の距離が２５μｍであり、屈折率が１．４５０５であるとする。このとき、各ヒータの温度を１１０℃とすると、複屈折率Ｂ（＝ｎTM−ｎTE）は５．８×１０-6である。
【００１６】
このような複屈折が生じると、光入力端１０１から光出力端１０２への光の透過率は偏波に依存して異なる。すなわち、ＴＥ偏波とＴＭ偏波との間で、上記(1)式の右辺の中の実効屈折率ｎの値が異なると、上記(1)式で表される透過率Ｔ(λ)も異なる。そして、ＴＥ偏波の光に対する透過率をＴTE(λ)と表し、ＴＭ偏波の光に対する透過率をＴTM(λ)と表すとすれば、一般に、複屈折Ｂが大きいほど、
【数２】
0004449236.tif 000003
なる式で表される光デバイス１の偏波依存損失（ＰＤＬ）は大きくなる。さらに、この(2)式から以下のことが言える。すなわち、透過率が小さいほど偏波依存損失（ＰＤＬ）は大きい。例えば、２偏波間の透過率の差（ＴTM−ＴTE）が０．０１であるとき、ＴTM＝０．９であればＰＤＬ＝０．０４９であるのに対して、ＴTM＝０．１であればＰＤＬ＝０．４５８である。
【００１７】
また、主光路１１０上に設けられたヒータ１３１，１３３の長さ（主光路１１０の光軸に沿った長さ）をＬ1とし、温度調整に因り生じる主光路１１０の複屈折をＢ1とする。同様に、副光路１２０上に設けられたヒータ１３２，１３４の長さ（副光路１２０の光軸に沿った長さ）をＬ2とし、温度調整に因り生じる副光路１２０の複屈折をＢ2とする。このとき、ＴＭ偏波の光の位相変化量ΔφTMとＴＥ偏波の光の位相変化量ΔφTEとの差、すなわち、２偏波間の位相差は、
【数３】
0004449236.tif 000004
なる式で表される。この２偏波間の位相差が、２偏波間の透過率の差を生じさせ、偏波依存損失（ＰＤＬ）を劣化させる。
【００１８】
そこで、本実施形態では、制御部２００は、透過率が小さいほど、ヒータ１３１〜１３４による温度調整に起因する２偏波間の位相差（上記(3)式の絶対値）が小さくなるように制御する。上記(2)式によれば、一般に、透過率が大きいほど偏波依存損失（ＰＤＬ）は小さいのに対して、透過率が小さいほど偏波依存損失（ＰＤＬ）は大きい。しかし、制御部２００は、透過率が小さいほど、Ｌ1Ｂ1およびＬ2Ｂ2それぞれの値の差が小さくなるように制御することで、偏波依存損失（ＰＤＬ）の増加を抑制する。なお、主光路１１０上のヒータ１３１と副光路１２０上のヒータ１３２とが同様の構成であって、主光路１１０上のヒータ１３２と副光路１２０上のヒータ１３４とが同様の構成であれば、制御部２００は、透過率が小さいほど、ヒータ１３１および１３２それぞれの温度調整量の差が小さくなるようにするとともに、ヒータ１３３および１３４それぞれの温度調整量の差が小さくなるようにすることて、温度調整に因り生じる主光路１１０の複屈折Ｂ1と副光路１２０の複屈折Ｂ2との差を小さくして、該温度調整に起因する２偏波間の位相差を小さくする。
【００１９】
図２は、比較例の光デバイスの損失特性を示す図である。図３は、本実施形態に係る光デバイス１の損失特性を示す図である。図４は、比較例の光デバイスおよび本実施形態に係る光デバイス１それぞれの場合における供給電力と偏波依存損失との関係を示すグラフである。
【００２０】
比較例の光デバイスは、図１に示した本実施形態に係る光デバイス１と略同様の構成であるが、第１の光カプラ１４１と第２の光カプラ１４２との間における主光路１１０および副光路１２０それぞれの光路長の差ΔＬ1が相違し、第２の光カプラ１４２と第３の光カプラ１４３との間における主光路１１０および副光路１２０それぞれの光路長の差ΔＬ2が相違し、また、ヒータ１３１，１３４が設けられていない点で相違している。そして、比較例の光デバイスは、何れのヒータにも電力を供給していないときには、図２（ａ）に示すように、或る波長帯域において波長によらず損失が小さい。また、比較例の光デバイスは、ヒータ１３２，１３３に１５０ｍＷの電力を供給しているときには、図２（ｂ）中のＢに示すように、波長が長いほど損失が大きくなり、損失傾斜が大きくなっている。このように、比較例の光デバイスは、図４に示すように、ヒータ１３２，１３３による加熱により損失が大きく（透過率が小さく）なる一方で、温度調整に因り生じる主光路１１０の複屈折Ｂ1と副光路１２０の複屈折Ｂ2との差が大きくなり、該温度調整に起因する２偏波間の位相差が大きくなって、偏波依存損失（ＰＤＬ）が劣化する。
【００２１】
これに対して、本実施形態の光デバイス１は、何れのヒータにも電力を供給していないときには、図３（ａ）に示すように、或る波長帯域において、波長が長いほど損失が大きくなり、損失傾斜が大きくなる。本実施形態の光デバイス１は、ヒータ１３１，１３４に１５０ｍＷの電力を供給する一方で、ヒータ１３２，１３３に電力を供給していないときには、図３（ｂ）中のＡに示すように、或る波長帯域において波長によらず損失が小さい。また、本実施形態の光デバイス１は、ヒータ１３１，１３４に１５０ｍＷの電力を供給するとともに、ヒータ１３２，１３３にも１５０ｍＷの電力を供給しているときには、図３（ｂ）中のＢに示すように、或る波長帯域において、波長が長いほど損失が大きくなり、損失傾斜が大きくなる。このように、本実施形態の光デバイス１は、図４に示すように、ヒータ１３１〜１３４それぞれに供給される電力が同程度であるときに、損失が大きく（透過率が小さく）なり、また、主光路１１０の複屈折Ｂ1と副光路１２０の複屈折Ｂ2との差が小さくなり、該温度調整に起因する２偏波間の位相差が小さくなって、偏波依存損失（ＰＤＬ）の劣化が抑制される。
【００２２】
なお、制御部２００は、透過率が小さいほど、ヒータ１３１〜１３４それぞれによる温度調整に起因するものだけでなく、基板１００の応力に起因するものをも含めて、２偏波間の位相差が小さくなるように制御するのが好適である。すなわち、応力に因る複屈折をＢ’とし、光路長差をΔＬとすると、制御部２００は、透過率が小さいほど、
【数４】
0004449236.tif 000005
なる式で表される２偏波間の位相差の絶対値が小さくなるように制御する。このようにすることで、基板１００の応力に起因する複屈折Ｂ’が無視し得ないほど大きいときにも、２偏波間の位相差が小さくなって、偏波依存損失（ＰＤＬ）の劣化が抑制される。
【００２３】
また、制御部２００は、透過率が０．２以下である範囲において、２偏波間の位相差を相殺して、上記(3)式の絶対値をできる限り小さくするのが好適である。すなわち、上記(2)式に従えば、２偏波間の透過率の差が０．０１であって、２偏波それぞれの透過率が０．２以下であれば、偏波依存損失（ＰＤＬ）は０．２１ｄＢ以上となる。しかし、透過率が０．２以下である範囲において２偏波間の位相差が相殺されることで、広い透過率の値の範囲において偏波依存損失（ＰＤＬ）は０．２ｄＢ以下となる。
【００２４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上記実施形態の光デバイス１は、主光路１１０と副光路１２０とが３つの光カプラ１４１〜１４３それぞれにより光結合されたものであって、ヒータ１３１〜１３４それぞれによる温度調整を制御することで、光入力端１０１から光出力端１０２への所定波長帯域における光の損失の傾斜を調整するものであった。しかし、本発明はこれに限られない。例えば、主光路と副光路とが２つの光カプラにより光結合されたものであってもよいし、主光路と副光路とが４以上の光カプラにより光結合されたものであってもよい。ヒータに替えてペルチエ素子であってもよい。上記実施形態では光入力端から光出力端への所定波長帯域内の光の損失の傾斜を調整するものであったが、単に損失を調整する光アッテネータであってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光フィルタでは、主光路、副光路ならびに第１および第２の光カプラによりマッハツェンダ干渉計が構成されている。第１の光カプラと第２の光カプラとの間における主光路および副光路それぞれは適切な光路長差が設けられており、主光路の温度が第1の温度調整手段により調整され、副光路の温度が第２の温度調整手段により調整される。そして、制御手段により、第１および第２の温度調整手段それぞれによる温度調整が制御されて、光入力端から光出力端への所定波長帯域内の光の透過率が調整されるとともに、透過率が小さいほど該温度調整に起因する２偏波間の位相差が小さくなるように制御される。これにより、偏波依存損失（ＰＤＬ）の劣化が抑制される。
【００２６】
また、制御手段は、透過率が小さいほど、第１および第２の温度調整手段それぞれによる温度調整ならびに応力に起因する２偏波間の位相差が小さくなるように制御するのが好適である。この場合には、応力に起因する複屈折が無視し得ないほど大きいときにも、２偏波間の位相差が小さくなって、偏波依存損失（ＰＤＬ）の劣化が抑制される。また、制御手段は、透過率が０．２以下である範囲において２偏波間の位相差を相殺するのが好適である。この場合には、広い透過率の値の範囲において偏波依存損失（ＰＤＬ）は充分に低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光デバイス１の構成図である。
【図２】比較例の光デバイスの損失特性を示す図である。
【図３】本実施形態に係る光デバイス１の損失特性を示す図である。
【図４】比較例の光デバイスおよび本実施形態に係る光デバイス１それぞれの場合における供給電力と偏波依存損失との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…光デバイス、１００…基板、１１０…主光路、１２０…副光路、１３１〜１３４…ヒータ、１４１〜１４３…光カプラ、１５１，１５２…マッハツェンダ干渉計、２００…制御部。
【図１】
0004449236.tif 000006
【図２】
0004449236.tif 000007
【図３】
0004449236.tif 000008
【図４】
0004449236.tif 000009