(57)【要約】  光ファイバー等により入射した入力光１７を分岐する部分１４、その分岐された入力光の一方であるモニター光１２を電気信号に変換する部分（光電変換部分）１５と、その電気信号により信号光１３の光伝送路を開閉制御する部分１６とを備える。出力光１８は、モニター光１２に応じて出力された電気信号量によって光伝送路の開閉量が制御されることにより、その光パワーが調整される。また、光電変換部分１５として、外部電源を用いることなく光電変換が可能な半導体フォトボル素子を用いる。光伝送路を開閉制御する部分１６として、マイクロマシンによる光シャッター、又は吸収型変調器あるいは屈折率変調器等の光素子を用いる。
2005047964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号光の一部をモニター光として分岐する分岐手段と、該分岐したモニター光を電気信号に変換する光電変換手段と、該変換された電気信号が駆動電圧として直接印加されることにより前記入力信号光を伝送する光伝送路の開閉度を可変する開閉度可変手段とを具備することを特徴とする光制御装置。
【請求項２】
前記光電変換手段は、１個もしくは２個以上の半導体フォトボル素子によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項３】
前記光電変換手段は、１個もしくは２個以上のｎｉｐｉ型多重接合構造からなる半導体フォトボル素子によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項４】
前記開閉度可変手段は、マイクロマシンを用いた光シャッターによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項５】
前記開閉度可変手段は、吸収型変調器あるいは屈折率型変調器等の光素子によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項６】
前記光電変換手段と前記開閉度可変手段の間に、電圧源が挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項７】
前記分岐手段と、前記分岐したモニター光を電気信号に変換する手段と、前記電気信号により前記光伝送路の開閉度を可変する手段の内、少なくとも２つが、同一の平面光回路上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項８】
前記開閉度可変手段は、前記電気信号により制御された開閉状態を保持する手段と、該保持された開閉状態を明示する手段を具備していることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項９】
入力信号光の一部を分岐し且つ該分岐した信号光を電気信号に変換する分岐・光電変換手段と、該変換された電気信号が駆動電圧として直接印加されることにより前記入力信号光を伝送する光伝送路の開閉度を可変する開閉度可変手段とを具備することを特徴とする光制御装置。
【請求項１０】
前記分岐・光電変換手段は、装架型構造を有する半導体フォトボル素子によって構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【請求項１１】
前記分岐・光電変換手段は、ｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子によって構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【請求項１２】
前記開閉度可変手段は、マイクロマシンを用いた光シャッターによって構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【請求項１３】
前記開閉度可変手段は、吸収型変調器あるいは屈折率型変調器等の光素子によって構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【請求項１４】
前記分岐・光電変換手段と前記開閉度可変手段との間に、電圧源が挿入されていることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【請求項１５】
前記分岐・光電変換手段と、前記開閉度可変手段とが、同一の平面光回路上に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【請求項１６】
前記開閉度可変手段は、前記電気信号により制御された開閉状態を保持する手段と、該保持された開閉状態を明示する手段を具備していることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送路の開閉度を可変制御する光制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、長距離大容量光通信システムにおいては、希土類元素をドープした光ファイバーアンプにより光信号を直接に増幅する、高感度光通信方式が採用されている。このようなシステムにおいては、送信光信号を異なる波長の励起光で励起し誘導放出により増幅送信光信号を得ている。この光増幅において、光ファイバーアンプ中に信号光が急に入出力した場合、アンプ内で蓄積されているエネルギーが急激に誘導放出され、高強度な光パルス（サージ光）が発生することが知られている。これは、波長多重通信等での信号切り替え時、あるいは意図せぬ光信号の瞬断等により生じる。このような高強度な光パルス（サージ光）が伝送されると、次段の光装置内の光部品を劣化または破壊する原因となる。【０００３】
また、最近のファイバー・ツー・ザ・フォーム（ＦＴＴＨ）に代表されるブロードバンド化では、各家庭まで光信号が配信されるが、送信側（局者側）より意図せぬ高入力光が伝送される場合がある。これは、例えばシステムのメンテナンス時に起こりやすい。さらには、受信側（顧客側）から高入力な光を逆伝送し、送信側の光装置を意図的に破壊する可能性もある。このような背景において、サージ光あるいは高入力光から光装置を防御、保護する対策が重要となっている。【０００４】
従来、このようなサージ光あるいは高入力光から光装置を防御するための動作をする装置として、ファイバー型の光ヒューズ等が提案されている。ファイバー型の光ヒューズは、原理としてファイバーヒューズ現象を用いるものであり、例えば導波領域の一部に光吸収性物質等を塗布するあるいはファイバーコア径を意図的に不連続にすることにより、局所的な吸収・損失により熱を発生させファイバーコア領域を溶融・蒸発させるもので、これにより伝搬光を散乱・遮断させることが可能となる。【０００５】
図１１は、米国特許公開明細書２００２０１４１０２１  Ａ１に開示されているファイバー型光ヒューズの構成例である。光ファイバー１１１を通る入力光１１５は、励起光源１１３およびファイバーアンプ１１２を介して増幅されるが、その出力側にテーパ型ファイバー１１４が接続されている。テーパ型ファイバー１１４においてはコア形状の違いにより導波光が分散し、高出力光に対し特に弱い特徴を有している。【０００６】
これにより、サージ光等が発生した場合に、テーパ型ファイバー１１４領域で熱破壊が生じ、出力光１１６のパワーを減じることが可能となる。【０００７】
図１２は、特開平１１−２８１８４２号公報に開示されているファイバー型光ヒューズの構成例である。この例では、筐体１２２内で感熱変成物質および光発熱物質からなる媒体１２３を光ファイバー１２１に介在させることを特徴としている。感熱変成物質層は、光透過性を有し、入力光１２４の光強度に応じて発熱し、ある光パワー以上で発熱により熱破壊し伝搬光を散乱・遮断させ、出力光１２５を減じることが可能となる。これにより、光ヒューズ動作が可能となる。【０００８】
図１３は、特開平１１−２７４５４７号公報に開示されているファイバー型光ヒューズの構成例である。この例は特開平１１−２８１８４２号公報記載の技術と原理的には同じであるが、光ファイバー１３１を通る入力光１３５の光パワーにより透過率、反射率が不可逆的に変化する膜体１３２を光伝送路中に介在させ、ある光パワー以上で発熱による熱劣化等により透過率が減少し、出力光１３６を減じることが可能となる。これにより、光ヒューズ動作が可能となる。【０００９】
ここでモニター素子１３３、電源・判定回路１３４は、反射光強度を監視することにより、膜体１３２の劣化の程度を定量的にモニターするために設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
光制御装置、光ヒューズ装置としては、光通信装置等に直接に接続が可能となるように、小型、無電源あるいは低消費電力、低損失等が要求される。また、光通信装置等に用いられている光素子においてはｍＷレベルで破壊或いは劣化する場合が多く、例えば光電変換素子であるＰＩＮ−ＰＤあるいはアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）では、数ｍＷレベルの光入力により受光面の熱損傷が生じ、素子破壊が起こることが知られている。
このため光ヒューズとしては、光ファイバーアンプ中により生じるＷレベルの光パルス（サージ光レベル）から数ｍＷレベルの入力光まで、広いパワー領域での動作が求められている。【００１１】
しかし、上記米国特許公開明細書２００２０１４１０２１  Ａ１に開示されているファイバー型の光ヒューズでは、ファイバーヒューズ現象を生じさせるためには、コア領域が１０００Ｋ以上の高温になることが必要である。このため、このファイバー型の光ヒューズは、通常動作光パワーがＷ級レベルの場合には適用可能であるが、数ｍＷレベルでの動作を行わせることは原理的に困難である。
また、ファイバー溶融が伴うために非可逆な動作であり、動作後には交換が必要となるという課題がある。【００１２】
また、特開平１１−２８１８４２号公報、特開平１１−２７４５４７号公報に開示されているファイバー型の光ヒューズにおいても、発熱による感熱層および膜体の熱破壊・熱劣化を利用するために、動作光パワーがＷ級レベルである。また、原理上同様に非可逆な動作であるために、動作後には交換が必要となるという課題がある。さらに、米国特許公開明細書２００２０１４１０２１  Ａ１、特開平１１−２８１８４２号公報、特開平１１−２７４５４７号公報に開示されているファイバー型の光ヒューズにおいては、ファイバー溶融あるいは感熱層・膜体が熱を感知して破壊に至るまで時間を要するため、数ミリ秒という短時間の光サージパルスが発生した場合には、応答が遅れて光伝送路にこの光サージパルスが出力されてしまうという課題もある。【００１３】
本発明の目的は、上述する従来技術の問題点、課題に鑑み、後段の光装置等に入力する光パワーを適量に制御する、あるいは光サージ等の高入力光を遮断する際の応答速度が速く、比較的簡単な構成でかつ低消費電力、小型化が可能な光ヒューズ等の光制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の光制御装置は、入力信号光の一部をモニター光として分岐する分岐手段と、該分岐したモニター光を電気信号に変換する光電変換手段と、該変換された電気信号が駆動電圧として直接印加されることにより前記入力信号光を伝送する光伝送路の開閉度を可変する開閉度可変手段とを具備することを特徴とする。【００１５】
また本発明の光制御装置は、入力信号光の一部を分岐し且つ該分岐した信号光を電気信号に変換する手段と、該変換された電気信号が駆動電圧として直接印加されることにより前記入力信号光を伝送する光伝送路の開閉度を可変する手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、入力光の一部を分岐したモニター光を電気信号に変換する手段を設け、かつ該変換された電気信号を、光伝送路の開閉度を可変する手段に対して駆動電圧として直接印加する構成としているので、後段の光装置等に入力する光パワーの制御あるいは遮断を、高速かつ可逆的に行うことができ、かつ比較的簡単な構成で、低消費電力、小型化が可能な光ヒューズ等の光制御装置として実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す光制御装置のブロック図である。本実施形態の光制御装置は、光ファイバー１１等により入射した入力光１７を分岐する部分１４と、その分岐された入力光の一方（モニター光）１２を電気信号に変換する部分（光電変換部分）１５と、変換された電気信号により信号光１３の光伝送路を開閉制御する部分１６とを備えている。出力光１８は、モニター光１２に応じて光電変換部分１５から出力された電気信号量により光伝送路の開閉量が制御されることによってその光パワーが調整可能となっている。【００１８】
ここで、光伝送路の開閉を所要の電気信号量で閾値的に駆動する場合には、光ヒューズとして機能する。図３は、本実施形態の光制御装置が光ヒューズとして機能する場合の光ヒューズの特性を示している。入力光１７のパワーが小さいときには光伝送路を開閉制御する部分１６が開状態であり、出力光１８は入力光パワーに応じて出力されるが、閾値点以上の入力光パワーになると光電変換部分１５から供給される電気信号により光伝送路を開閉制御する部分１６が閉状態になり、出力光１８は遮断される。【００１９】
モニター光１２を電気信号に変換する光電変換部分１５としては、例えば、特開２０００−２１６４２４号公報に記載されているような、光電変換機能を有する半導体フォトボル素子を用いることが望ましい。半導体フォトボル素子は、ＰＩＮ型半導体構造からなり、光吸収により発生する光キャリア（電子・正孔）が拡散、分極することにより電圧を発生するため、外部電源を用いることなく光電変換が可能である。光電変換機能を有する素子として他にＰＩＮ−ＰＤがあるが、光キャリアを印加電界下で電流信号として取り出すのが基本原理であるため、外部電源が必要となる。半導体フォトボル素子を用いることにより、無電源で信号電圧を発生し、直接光伝送路の開閉部分１６を駆動することが可能となる。【００２０】
また、光電変換部分１５に分岐されるモニター光１２は、光制御装置、光ヒューズ装置としてみると伝送損失と考えられる。このため、できるだけ少ないモニター光パワーで上記の動作を行うことが望ましい。そのためには、半導体フォトボル素子の光電変換効率を増大することが必要である。そこで、半導体フォトボル素子を２個以上直列に接続することにより変換電圧を増大して光電変換効率を上げれば、分岐されるモニター光を減らすことができるので、伝送損失を減らすことができる。【００２１】
さらに、電気信号に変換する部分として上記特開２０００−２１６４２４号公報に記載されるようなｎｉｐｉ型多重接合型半導体フォトボル素子を用いることにより光電変換効率を増大することができる。【００２２】
図４は、半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子の断面図であるが、ｎｉｐｉ型多重接合型半導体フォトボル素子の場合には、出力電圧を発生するＰＩＮ接合部が、半導体基板上にＰＩＮ接合の繰り返しからなる多重積層部４３として構成される。図４に示すように、入力光４７が入力される半導体フォトボル素子は、半導体基板４１上に設けられたＮ型クラッド層４２、ｉ型（半導体フォトボル素子の場合）あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造（ｎｉｐｉ型多重接合型半導体フォトボル素子の場合）を有する光吸収層４３、Ｐ型クラッド層４４、Ｐ型電極４５、Ｎ型電極４６を備えている。【００２３】
半導体フォトボル素子においては、出力電圧はＰＩＮ接合の拡散電位によって支配されるために、ＰＩＮ接合を構成する半導体のバンドギャップエネルギーが関与する。光通信波長帯で光吸収材料として用いられるＩｎＧａＡｓ半導体では、バンドギャップエネルギーが約０．７５ｅＶであるために、発生電圧の上限は１個の半導体フォトボル素子では高々０．７５Ｖ程度である。一方、ｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子は、図４に示すように、ＰＩＮ構造が半導体基板上に多重積層４３として構成されているので、原理的には出力電圧はそのＰＩＮ接合の繰り返し周期数倍だけ大きな値が得られる。【００２４】
従って、多重積層部４３を、ＰＩＮ構造が１０周期分積層した構成とすることにより、７．５Ｖの出力電圧が得られることになる。これにより、光電変換効率が増大し、少ないモニター光パワーで所望の電圧を得て、光伝送路の開閉部分を駆動することが可能となる。
さらに、ｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子を２個以上直列に接続することにより、変換電圧を一層増大することができる。【００２５】
また、本実施形態における光伝送路の開閉部分１６としては、例えば、特開２００３−２７０５５９号公報に記載されているようなマイクロマシンによる光シャッターを用いることが望ましい。マイクロマシンは、微小サイズのアクチュエータからなる駆動部に特徴を有しており、このため駆動電力はμＷレベルと極めて小さい。このようなマイクロマシンの光シャッターを適用することにより、少ないモニター光で光伝送路の開閉が可能となり、所要のモニター光を削減し、伝送損失を低減できる。また、光制御装置、光ヒューズ装置の小型化にも有用である。【００２６】
または、上記光伝送路の開閉部分１６として、例えば、特開平７−１５０９３号公報に記載されているような吸収型変調器あるいは屈折率型変調器等の光素子を適用することも可能である。吸収型半導体変調器は、ＰＩＮ構造に外部電界を印加することにより、吸収コア層がバルク半導体層の場合にはフランツケルディッシュ効果により、超格子層である場合にはシュタルク効果により、電界により入射光を吸収し消光することが可能である。【００２７】
これにより、半導体フォトボル素子からの信号電圧を直接に変調器に印加することにより、信号電圧に応じて出力光を制御、遮断することが可能である。屈折率型変調器においても、外部電界による屈折率変化により消光動作が可能であり、同様の原理で本発明の光制御装置、光ヒューズ装置に適用が可能である。上記の光素子の動作は極めて高速（数マイクロ秒）であり、且つ素子サイズが微小であるために、光制御装置、光ヒューズ装置の高速化、小型化にも有用である。【００２８】
また、本実施形態の光制御装置では、光電変換部分１５と光伝送路開閉部分１６の間にオフセット用の電圧源を直列に挿入することができる。これにより、光電変換電圧に対して適量のオフセット電圧が印加され、その結果、半導体フォトボル素子からの所要の信号電圧を低減することが可能となり、モニター光１２のパワーを低減できるため、光制御装置、光ヒューズ装置の伝送損失を一層低減できる。また、この場合のオフセット電圧は高々数Ｖ程度であり、消費電力としては十分に小さい。【００２９】
また、本実施形態の光制御装置では、光電変換部分１５、およびその電気信号により信号光１３の光伝送路を開閉制御する部分１６を、Ｓｉ基板上等に形成された平面光回路上に一体に搭載することが可能である。その場合、入力光１７を分岐する部分１４は、平面回路上に導波構造として作り込むことが可能である。入力光１７を分岐する部分１４、光電変換部分１５、光伝送路を開閉制御する部分１６のうち少なくとも二つの部分を同一の平面光回路上に搭載することが望ましい。それにより、光制御装置、光ヒューズ装置の小型化を図ることができる。【００３０】
また、本実施形態の光制御装置では、光伝送路の開閉度を保持する機能を付加することもできる。これは、光ヒューズとして適用した場合に、光ヒューズ動作後に閉状態を持続し、後段の光装置を保護する場合等に有用である。その場合には、例えば光電変換部分１５の変換電圧を保持する電圧保持手段等を備えることにより、閉状態に変化したときの変換電圧を保持させることにより実現可能である。また、光ヒューズの開閉状態を外部から確認するために開閉状態を明示する機能を付加すること（例えば液晶表示素子やＬＥＤを用いて表示する。）が望ましく、例えば上記保持電圧を利用した状態表示機能を搭載することができる。【００３１】
図２は、本発明の第２の実施形態を示す光制御装置のブロック図である。本実施形態の光制御装置は、光ファイバー等により入射した入力光２７を分岐し且つ入力光の一方（モニター光）を電気信号に変換する機能を併せ持つ部分２４と、その電気信号により信号光２３の光伝送路を開閉制御する部分２６からなる。光伝送路を開閉制御する部分２６の開閉量は、上記モニター光に応じて出力された電気信号量によって直接制御される。これにより出力光２８のパワーを調整することが可能となる。本実施形態の光制御装置では、入力光を分岐し且つ光電変換する部分が同一の素子で実現するため、実施形態１の光制御装置の効果に加えて、さらなる構成部材の低減が可能である。【００３２】
ここで、光伝送路の開閉が所要の電気信号量で閾値的に駆動する場合には、光ヒューズとして機能する。光ヒューズとしての特性は図３に示すように、入力光２７のパワーが小さいときには光伝送路を開閉制御する部分２６が開状態であり出力光２８は入力光パワーに応じて出力されるが、閾値点以上の入力光パワーになると、モニター光を電気信号に変換する機能により発生した電気信号により光伝送路を開閉制御する部分２６が閉状態になり、出力光２８は遮断される。【００３３】
入力光２７を分岐し且つ電気信号に変換する光電変換部分２４については、図５に示すような、装架型構造を有する半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子を用いることが望ましい。【００３４】
図５に示す装架型構造を有する半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子では、入力光５８が光ガイド層５２に入射し、導波しながら一部入力光（導波光の一部）はＰＩＮ型吸収層あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造の吸収層５４のフォトボル領域に結合（エバネッセント結合）し、吸収により電圧を発生する。また、結合しない導波光は出力側より出射光５９として出力される。図５に示すように、装架型半導体フォトボル素子は、基板５１上に設けられた光ガイド層５２、Ｎ型クラッド層５３、ｉ型あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する光吸収層５４、Ｐ型クラッド層５５、Ｐ型電極５６、Ｎ型電極５７を備えている。【００３５】
これにより、入力光の分岐および半導体フォトボルでの電気信号の発生が一個の素子で可能となり第１の実施形態よりも構成部材を削減できる特徴を有する。ここで、ｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子を用いた場合、前述したようにＰＩＮ接合の繰り返し周期数分に応じた出力電圧が得られるため、光電変換効率が増大し、少ないモニター光パワーで所望の電圧を得て、光伝送路の開閉部分を駆動することが可能となる。従って光制御装置における伝送損失を減らすことができる。【００３６】
また、光伝送路の開閉部分２６としては、マイクロマシンを用いた光シャッター、または、吸収型変調器あるいは屈折率型変調器等の光素子を適用するこが可能である。前述したよう、マイクロマシンは、微小サイズのアクチュエータからなる駆動部に特徴を有しており、このため駆動電力はμＷレベルと極めて小さい。このようなマイクロマシンの光シャッターを適用することにより、少ないモニター光で光伝送路の開閉が可能となり、所要のモニター光を削減し、伝送損失を低減できる。また、吸収型変調器あるいは屈折率型変調器等は、電界により消光することが可能であり、半導体フォトボル素子からの信号電圧を直接に変調器に印加することにより、信号電圧に応じて高速に出力光を制御、遮断することが可能である。以上により、光制御装置、光ヒューズ装置の高速化、小型化に有用である。【００３７】
また、本実施形態の光制御装置においても、光電変換部分２４と光伝送路開閉部分２６の間にオフセット用の電圧源を直列に挿入し、適量のオフセット電圧を印加することにより、半導体フォトボル素子からの所要の信号電圧を低減できる。これにより、モニター光パワーを低減できるため、光制御装置、光ヒューズ装置の伝送損失を一層低減できる。【００３８】
また、本実施形態の光制御装置における、入力光２７を分岐し且つ入力光の一方（モニター光）を電気信号に変換する機能を併せ持つ部分２４と、その電気信号により信号光２３の光伝送路を開閉制御する部分２６は、Ｓｉ基板上等に形成された平面光回路上に一体に搭載することが可能である。これにより、光制御装置、光ヒューズ装置の小型化に一層有利となる。【００３９】
また、本実施形態の光制御装置においても、光伝送路の開閉度を保持する機能が必要となる場合もある。これは、光ヒューズとして適用した場合に、光ヒューズ動作後に閉状態を持続し、後段の光装置を保護する場合等に有用である。また、光ヒューズの開閉状態を外部から確認するために開閉状態を明示する機能を付加することが望ましく、例えば、保持電圧を利用した状態表示機能を搭載することも有用である。【００４０】
〔実施例１〕
図６は、第１の実施形態の光制御装置を光ヒューズ装置（光ヒューズ動作パワー１０ｍＷ）として具体化した実施例を示す平面図である。【００４１】
本実施例では、光ファイバー６１等により入射した入力光６７は、ビームスプリッター６４（信号光：モニター光＝９：１に分岐）により分岐され、分岐されたモニター光６２は半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子６５に入射する。信号光６３はマイクロマシン（光シャッター）６６を通って出力光６８として出力される。半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子６５では、モニター光６２のレベルに応じた信号電圧を発生し、直接にマイクロマシン（光シャッター）６６に供給する。【００４２】
ここで、高パワーの入力光が入射した場合に、マイクロマシン（光シャッター）６６の駆動電圧以上の信号電圧がマイクロマシン（光シャッター）６６の駆動部に印加され、光シャッターが駆動して閉状態となり、光ヒューズ動作が可能となる。マイクロマシン（光シャッター）６６は、本実施例では動作電圧５Ｖの静電アクチュエータ方式によるものを用いる。そのため、半導体フォトボル素子としては出力電圧５Ｖが要求される。これは、半導体フォトボル素子として、ｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子を用いれば、ＰＩＮ構造の多重積層分だけ電圧が得られるので容易に要求を満たすことができる。【００４３】
具体的には本実施例では、ｐ型ＩｎＧａＡｓ  １０ｎｍ（ｐ＝１×１０１８ｃｍ−３）、ｉ型ＩｎＧａＡｓ  ５０ｎｍ、ｎ型ＩｎＧａＡｓ  １０ｎｍ（ｎ＝１×１０１８ｃｍ−３）を一周期とするＰＩＮ構造を１０周期積層したｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子６５を用いた。この素子では、モニター光６２が１ｍＷ時に５Ｖの出力電圧が得られた。このような構成のもと、入力光が１０ｍＷ入力した時に、モニター光として１ｍＷが分岐され、半導体フォトボル素子により５Ｖの電圧が発生し、マイクロマシン（光シャッター）が駆動して、光ヒューズ動作が行われた。【００４４】
光ヒューズ動作が生じる入力パワーに関しては、設計により容易に変更が可能で、ビームスプリッター６４の分岐比、半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子６５の光電変換率を調整することにより、調整が可能である。Ｗ級程度のサージ光に適用する場合には、モニター光側の分岐比を極端に小さくできるので光ヒューズ装置としての損失は極めて低くなる。【００４５】
また、半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子６５とマイクロマシン（光シャッター）６６の間に、オフセット用電圧源２Ｖを直列に接続することにより、モニター光０．５ｍＷ時の信号電圧で光ヒューズ動作が可能となった。これにより、ビームスプリッター６４の分岐比を、信号光：モニター光＝９．５：０．５にすることが可能になり、光ヒューズ装置の伝送損失を、１０％から５％に低減できた。【００４６】
〔実施例２〕
図７は、第１の実施形態の光制御装置を光ヒューズ装置（光ヒューズ動作パワー１０ｍＷ）として具体化した他の実施例を示す平面図である。【００４７】
本実施例では、光ファイバー７１等により入射した入力光７７は、ビームスプリッター７４（信号光：モニター光＝９：１に分岐）により分岐され、分岐されたモニター光７２は半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子７５に入射する。信号光７３は半導体吸収型変調器７６を通って出力光７８として出力される。半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子７５では、モニター光に応じて信号電圧を発生し、直接に半導体吸収型変調器７６に供給する。ここで、高パワーの入力光が入射した場合に、半導体吸収型変調器７６の消光電圧以上に信号電圧が印加され、半導体吸収型変調器７６が駆動し閉状態となり、光ヒューズ動作が可能となる。【００４８】
本実施例では、消光電圧３Ｖの半導体吸収型変調器７６を適用した。これより、半導体フォトボル素子は、３Ｖの電圧発生が要求される。これは、例えばｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子を用いれば、ＰＩＮ構造の多重積層分だけ電圧が得られるので容易に要求を満たすことができる。具体的には本実施例では、ｐ型ＩｎＧａＡｓ  １０ｎｍ（ｐ＝１×１０１８ｃｍ−３）、ｉ型ＩｎＧａＡｓ  ５０ｎｍ、ｎ型ＩｎＧａＡｓ  １０ｎｍ（ｎ＝１×１０１８ｃｍ−３）を一周期とするＰＩＮ構造を５周期積層したｎｉｐｉ型多重接合型半導体フォトボル素子７５を用いた。【００４９】
この素子では、モニター光７２が１ｍＷの時に３Ｖの出力電圧が得られた。このような構成のもと、入力光が１０ｍＷ入力した時に、モニター光として１ｍＷが分岐され、半導体フォトボル素子により３Ｖの電圧が発生し、半導体吸収型変調器７６が消光して光ヒューズ動作が行われた。光ヒューズ動作が生じる入力パワーに関しては、設計により容易に変更が可能で、ビームスプリッター７４の分岐比、半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子７５の光電変換率を調整することにより、調整が可能である。【００５０】
また、本実施例でも、半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子７５と半導体吸収変調器７６の間に、オフセット用電圧源２Ｖを直列に接続することにより、モニター光として０．１ｍＷでの光ヒューズ動作が可能となり、ビームスプリッター７４の分岐比を、信号光：モニター光＝９．９：０．１にすることが可能になった。これにより、光ヒューズ装置の伝送損失を、１０％から１％に低減できた。【００５１】
〔実施例３〕
図８は、第１の実施形態の光制御装置を光ヒューズ装置（光ヒューズ動作パワー１０ｍＷ）として、平面光回路を搭載したＳｉ基板上に配置して具体化した実施例を示す平面図である。【００５２】
本実施例では、光ファイバー８１等により入射した入力光８７は、Ｓｉ基板８９上に形成されたビーム分岐導波路８４（信号光：モニター光＝９：１に分岐）により分岐され、分岐されたモニター光８２は半導体Ｓｉ基板８９上に搭載された半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子８５に入射する。信号光８３はマイクロマシン（光シャッター）８６を通って出力光８８として出力される。半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子８５では、モニター光８２のレベルに応じた信号電圧を発生し、直接にＳｉ基板８９上に搭載されたマイクロマシン（光シャッター）８６に供給する。【００５３】
ここで、高パワーの入力光が入射した場合に、モニター光８２が入射される半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子８５で変換される信号電圧も大きくなり、マイクロマシン（光シャッター）８６の駆動電圧以上の信号電圧が印加されると、光シャッターが駆動して閉状態となり、光ヒューズ動作が可能となる。マイクロマシン（光シャッター）８６は、本実施例では動作電圧５Ｖの静電アクチュエータ方式によるものを用いる。これより、半導体フォトボル素子としては出力電圧５Ｖが要求される。これは、半導体フォトボル素子として、ｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子を用いれば、ＰＩＮ構造の多重積層分だけ電圧が得られるので要求を満たすことができる。【００５４】
具体的には本実施例では、ｐ型ＩｎＧａＡｓ  １０ｎｍ（ｐ＝１×１０１８ｃｍ−３）、ｉ型ＩｎＧａＡｓ  ５０ｎｍ、ｎ型ＩｎＧａＡｓ  １０ｎｍ（ｎ＝１×１０１８ｃｍ−３）を一周期とするＰＩＮ構造を１０周期積層したｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子８５を用いた。この素子では、モニター光８２が１ｍＷ時に５Ｖの出力電圧が得られた。このような構成のもと、入力光が１０ｍＷ入力した時に、モニター光として１ｍＷが分岐され、半導体フォトボル素子により５Ｖの電圧が発生し、マイクロマシン（光シャッター）が駆動して、光ヒューズ動作が行われた。【００５５】
光ヒューズ動作が生じる入力パワーに関しては、設計により容易に変更が可能で、分岐導波路８４の分岐比、半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子８５の光電変換率を調整することにより、調整が可能である。Ｗ級程度のサージ光に適用する場合には、モニター光側の分岐比を極端に小さくできるので光ヒューズ装置としての損失は極めて低くなる。【００５６】
また、本実施例においても、半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子８５とマイクロマシン（光シャッター）８６の間に、オフセット用電圧源２Ｖを直列に接続することにより、モニター光０．５ｍＷ時の信号電圧で光ヒューズ動作が可能となった。これにより、分岐導波路８４の分岐比を、信号光：モニター光＝９．５：０．５にすることが可能になり、光ヒューズ装置の伝送損失を、１０％から５％に低減できた。また、本実施例では、Ｓｉ基板上の平面光回路に構成部品が集積搭載されているため、実施例１に比較して装置体積が１／２に減少し、一層の小型化が可能となった。【００５７】
〔実施例４〕
図９は、第２の実施形態の光制御装置を光ヒューズ装置（光ヒューズ動作パワー１０ｍＷ）として、具体化した実施例を示す平面図である。【００５８】
本実施例では、光ファイバー９１等により入射した入力光９７は、装架型半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子９５に入射光９２として入射し、入射光は装架型半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子９５内を導波しながら一部は図５に示した様にフォトボル領域に結合（エバネッセント結合）して吸収され、電圧を発生する。また、結合しない導波光は出力側より出射光９３として出射される。出射光９３はマイクロマシン（光シャッター）９６を通って出力光９８として出力される。【００５９】
装架型半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子９５では、吸収光に応じて信号電圧を発生し、直接にマイクロマシン（光シャッター）９６に供給する。【００６０】
ここで、高パワーの入力光が入射した場合に、装架型半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子９５で変換される信号電圧も大きくなり、マイクロマシン（光シャッター）９６の駆動電圧以上の信号電圧が印加されると、光シャッターが駆動して閉状態となり、光ヒューズ動作が可能となる。【００６１】
本実施例では、装架型半導体フォトボル素子でのフォトボル領域への光分岐比率が１０％の素子を、またマイクロマシン（光シャッター）９６は駆動電圧５Ｖの静電アクチュエータ方式よるものを用いた。これより、装架型半導体フォトボル素子は５Ｖの電圧発生が要求される。これは、装架型半導体フォトボル素子として、ｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子を用いれば、ＰＩＮ構造の多重積層分だけ電圧が得られるので容易に要求を満たすことができる。【００６２】
具体的には本実施例では、ｐ型ＩｎＧａＡｓ  １０ｎｍ（ｐ＝１×１０１８ｃｍ−３）、ｉ型ＩｎＧａＡｓ  ５０ｎｍ、ｎ型ＩｎＧａＡｓ  １０ｎｍ（ｎ＝１×１０１８ｃｍ−３）を一周期とするＰＩＮ構造を１０周期積層したｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子９５を用いた。この素子では、吸収光が１ｍＷの時に５Ｖの出力電圧が得られた。このような構成のもと、入力光が１０ｍＷ入力した時に、フォトボル領域に１ｍＷが分岐されて５Ｖの電圧が発生し、マイクロマシン（光シャッター）が駆動して、光ヒューズ動作が行われた。【００６３】
光ヒューズ動作が生じる入力パワーに関しては、設計により容易に変更が可能で、装架型半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子９５のフォトボル領域への結合（エバネッセント結合）度等を変えて光電変換率を調整することにより、調整が可能である。また、ｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子９５とマイクロマシン（光シャッター）９６の間に、オフセット用電圧源２Ｖを直列に接続することにより、光ヒューズ動作のための半導体フォトボル領域への光分岐比率を５％に低減できた。これにより、光ヒューズ装置の伝送損失を、１０％から５％に低減できた。【００６４】
また、本実施例において、マイクロマシン（光シャッター）９６の代わりとして、吸収型変調器あるいは屈折率型変調器等により信号光９３を遮断することも可能である。【００６５】
〔実施例５〕
図１０は、第２の実施形態の光制御装置を光ヒューズ装置（光ヒューズ動作パワー１０ｍＷ）として、平面光回路を搭載したＳｉ基板上に配置して具体化した実施例を示す平面図である。【００６６】
本実施例では、光ファイバー１０１等により入射した入力光１０７は、Ｓｉ基板１０９上に搭載された装架型半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子１０５に入射光１０２として入射し、入射光が導波しながら一部は図５に示した様にフォトボル領域に結合（エバネッセント結合）して吸収され、光電変換電圧を発生する。また、結合しない導波光は出力側より出射光１０３として出射される。出射光１０３はマイクロマシン（光シャッター）１０６を通って出力光１０８として出力される。装架型半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子１０５では、吸収光に応じて信号電圧を発生し、直接にＳｉ基板１０９上に搭載されたマイクロマシン（光シャッター）１０６に供給する。【００６７】
ここで、高パワーの入力光が入射した場合に、装架型半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子１０５で変換される信号電圧も大きくなり、マイクロマシン（光シャッター）１０６の駆動電圧以上の信号電圧が印加されると、光シャッターが駆動して閉状態となり、光ヒューズ動作が可能となる。本実施例では、装架型半導体フォトボル素子でのフォトボル領域への光分岐比率が１０％の素子を、またマイクロマシン（光シャッター）１０６は駆動電圧５Ｖの静電アクチュエータ方式よるものを用いた。これより、装架型半導体フォトボル素子は５Ｖの電圧発生が要求される。【００６８】
これは、半導体フォトボル素子として、ｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子を用いれば、ＰＩＮ構造の多重積層分だけ電圧が得られるので要求を満たすことができる。具体的には本実施例では、ｐ型ＩｎＧａＡｓ  １０ｎｍ（ｐ＝１×１０１８ｃｍ−３）、ｉ型ＩｎＧａＡｓ  ５０ｎｍ、ｎ型ＩｎＧａＡｓ  １０ｎｍ（ｎ＝１×１０１８ｃｍ−３）を一周期とするＰＩＮ構造を１０周期積層したｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子１０５を用いた。この素子では、吸収光が１ｍＷの時に５Ｖの出力電圧が得られた。【００６９】
このような構成のもと、入力光が１０ｍＷ入力した時に、フォトボル領域に１ｍＷが分岐されて５Ｖの電圧が発生し、マイクロマシン（光シャッター）１０６が駆動して、光ヒューズ動作が行われた。光ヒューズ動作が生じる入力パワーに関しては、設計により容易に変更が可能で、装架型半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子１０５のフォトボル領域への結合（エバネッセント結合）度等を変えて光電変換率を調整することにより、調整が可能である。【００７０】
また、本実施例においても、ｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子１０５とマイクロマシン（光シャッター）１０６の間に、オフセット用電圧源２Ｖを直列に接続することにより、光ヒューズ動作のための半導体フォトボル領域への光分岐比率を５％にまで低減できた。これにより、光ヒューズ装置の伝送損失を、１０％から５％に低減できた。さらに、マイクロマシン（光シャッター）１０６の代わりとして、吸収型変調器あるいは屈折率型変調器等により信号光１０３を遮断することも可能である。また、本実施例では、Ｓｉ基板上の平面光回路に構成部品が集積搭載されているため、実施例４に比較して装置体積が２／３に減少し、一層の小型化が可能となった。【００７１】
以上のように、本発明の実施により、後段の光装置等に入力する光パワーの制御あるいは遮断を、高速かつ可逆的に行うことができ、かつ比較的簡単な構成で、小型、無電源あるいは低消費電力、低損失等の特性を備えるとともに、光ファイバーを用いた光通信、光計測等の装置に直接接続が可能な光制御装置が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、サージ光や高入力光からの防護に用いられる光制御装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す光制御装置のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す光制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の光制御装置による光ヒューズ特性を示す図である。
【図４】第１の実施形態の光制御装置に用いられる半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子の断面図である。
【図５】第２の実施形態の光制御装置に用いられる装架型半導体フォトボル素子ある いはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子の斜視図である。
【図６】第１の実施形態の光制御装置を具体化した実施例１を示す平面図である。
【図７】第１の実施形態の光制御装置を具体化した実施例２を示す平面図である。
【図８】第１の実施形態の光制御装置を具体化した実施例３を示す平面図である。
【図９】第２の実施形態の光制御装置を具体化した実施例４を示す平面図である。
【図１０】第２の実施形態の光制御装置を具体化した実施例５を示す平面図である。
【図１１】従来の光制御装置を示す図である。
【図１２】従来の他の光制御装置を示す図である。
【図１３】従来の他の光制御装置を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１１，２１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１，１２１，１３１，１４１  光ファイバー
１２，４７，６２，７２，８２  モニター光
１３，２３，６３，７３，８３  信号光
１４  入力光を分岐する部分
１５  光電変換部分
１６，２６  光伝送路の開閉部分
１７，２７，５８，６７，７７，８７，９７，１０７，１１５，１２４，１３５，１４７  入力光
１８，２８，５９，６８，７８，８８，９８，１０８，１１６，１２５，１３６，１４８  出力光
２４  入力光を分岐し且つ光電変換を行う部分
４１  半導体基板
４２，５３  Ｎ型クラッド層
４３，５４  ｉ型あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する光吸収層
４４，５５  Ｐ型クラッド層
４５，５６  Ｐ型電極
４６，５７  Ｎ型電極
５１  基板
５２  光ガイド層
６４，７４，  ビームスプリッター
６５，７５，８５  半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する半導体フォトボル素子
６６，８６，９６，１０６  マイクロマシン（光シャッター）
７６  半導体吸収型変調器
８４  分岐導波路
８９，１０９  平面回路を搭載したＳｉ基板
９２，１０２  入射光
９３，１０３  出射光
９５，１０５  装架型半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子
１０４  導波路
１１２  光ファイバーアンプ
１１３  励起光源
１１４  テーパ型光ファイバー
１２２  筐体
１２３  感熱性物質および光発熱物質による媒体
１３２  膜体
１３３，１４４  モニター素子（ＰＩＮ−ＰＤ）
１３４，１４６  電源・判定回路
１４２  モニター用分岐光
１４３  光分岐部分
１４５  機械シャッター
【図１】
2005047964.tif 000003
【図２】
2005047964.tif 000004
【図３】
2005047964.tif 000005
【図４】
2005047964.tif 000006
【図５】
2005047964.tif 000007
【図６】
2005047964.tif 000008
【図７】
2005047964.tif 000009
【図８】
2005047964.tif 000010
【図９】
2005047964.tif 000011
【図１０】
2005047964.tif 000012
【図１１】
2005047964.tif 000013
【図１２】
2005047964.tif 000014
【図１３】
2005047964.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月16日(2005.9.16)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】特許請求の範囲
【請求項１】入力信号光の一部をモニター光として分岐する分岐手段と、該分岐したモニター光を電気信号に変換する光電変換手段と、該変換された電気信号が駆動電圧として印加されることにより、前記入力信号光を伝送する光伝送路を遮断する遮断手段とを具備することを特徴とする光制御装置。
【請求項２】前記光電変換手段は、１個もしくは２個以上の半導体フォトボル素子によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項３】前記光電変換手段は、１個もしくは２個以上のｎｉｐｉ型多重接合構造からなる半導体フォトボル素子によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項４】前記遮断手段は、マイクロマシンを用いた光シャッターによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項５】前記遮断手段は、吸収型変調器あるいは屈折率型変調器等の光素子によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項６】前記光電変換手段と前記遮断手段の間に、電圧源が挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項７】前記分岐手段と、前記分岐したモニター光を電気信号に変換する手段と、前記遮断手段との内、少なくとも２つが、同一の平面光回路上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項８】前記遮断手段は、前記電気信号により制御された開閉状態を保持する手段と、該保持された開閉状態を明示する手段を具備していることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項９】入力信号光が透過し、その一部信号光を電気信号に変換する、透過・光電変換手段と、該変換された電気信号が駆動電圧として印加されることにより前記入力信号光を伝送する光伝送路の開閉度を可変する開閉度可変手段とを具備することを特徴とする光制御装置。
【請求項１０】前記透過・光電変換手段は、装架型構造を有する半導体フォトボル素子によって構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【請求項１１】前記透過・光電変換手段は、ｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子によって構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【請求項１２】前記開閉度可変手段は、マイクロマシンを用いた光シャッターによって構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【請求項１３】前記開閉度可変手段は、吸収型変調器あるいは屈折率型変調器等の光素子によって構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【請求項１４】前記透過・光電変換手段と前記開閉度可変手段との間に、電圧源が挿入されていることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【請求項１５】前記透過・光電変換手段と、前記開閉度可変手段とが、同一の平面光回路上に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【請求項１６】前記開閉度可変手段は、前記電気信号により制御された開閉状態を保持する手段と、該保持された開閉状態を明示する手段を具備していることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【請求項１７】前記透過・光電変換手段は、導波型構造を有する半導体フォトボル素子によって構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
【請求項１８】入力信号光が透過し、その一部信号光を電気信号に変換する、透過・光電変換手段と、該変換された電気信号が駆動電圧として印加されることにより前記入力信号光を伝送する光伝送路を遮断する遮断手段とを具備することを特徴とする光制御装置。
【手続補正００２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
このため光ヒューズとしては、光ファイバーアンプ中により生じるＷレベルの光パルス（サージ光レベル）から数ｍＷレベルの入力光まで、広いパワー領域での動作が求められている。
【００１１】  しかし、上記米国特許公開明細書２００２０１４１０２１Ａ１に開示されているファイバー型の光ヒューズでは、ファイバーヒューズ現象を生じさせるためには、コア領域が１０００Ｋ以上の高温になることが必要である。このため、このファイバー型の光ヒューズは、通常動作光パワーがＷ級レベルの場合には適用可能であるが、数ｍＷレベルでの動作を行わせることは原理的に困難である。
また、ファイバー溶融が伴うために非可逆な動作であり、動作後には交換が必要となるという課題がある。
【００１２】  また、特開平１１−２８１８４２号公報、特開平１１−２７４５４７号公報に開示されているファイバー型の光ヒューズにおいても、発熱による感熱層および膜体の熱破壊・熱劣化を利用するために、動作光パワーがＷ級レベルである。また、原理上同様に非可逆な動作であるために、動作後には交換が必要となるという課題がある。さらに、米国特許公開明細書２００２０１４１０２１  Ａ１、特開平１１−２８１８４２号公報、特開平１１−２７４５４７号公報に開示されているファイバー型の光ヒューズにおいては、ファイバー溶融あるいは感熱層・膜体が熱を感知して破壊に至るまで時間を要するため、数ミリ秒という短時間の光サージパルスが発生した場合には、応答が遅れて光伝送路にこの光サージパルスが出力されてしまうという課題もある。
【００１３】  本発明の目的は、上述する従来技術の問題点、課題に鑑み、後段の光装置等に入力する光パワーを適量に制御する、あるいは光サージ等の高入力光を遮断する際の応答速度が速く、比較的簡単な構成でかつ低消費電力、小型化が可能な光ヒューズ等の光制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  本発明の光制御装置は、入力信号光の一部をモニター光として分岐する分岐手段と、該分岐したモニター光を電気信号に変換する光電変換手段と、該変換された電気信号が駆動電圧として印加されることにより、前記入力信号光を伝送する光伝送路を遮断する遮断手段とを具備することを特徴とする。
３
【手続補正００３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
【００１５】  また本発明の光制御装置は、入力信号光が透過し、その一部信号光を電気信号に変換する、透過・光電変換手段と、該変換された電気信号が駆動電圧として印加されることにより前記入力信号光を伝送する光伝送路の開閉度を可変する開閉度手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】  本発明によれば、入力光の一部を分岐したモニター光を電気信号に変換する手段を設け、かつ該変換された電気信号を、光伝送路の開閉度を可変する手段に対して駆動電圧として直接印加する構成としているので、後段の光装置等に入力する光パワーの制御あるいは遮断を、高速かつ可逆的に行うことができ、かつ比較的簡単な構成で、低消費電力、小型化が可能な光ヒューズ等の光制御装置として実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  図１は、本発明の第１の実施形態を示す光制御装置のブロック図である。本実施形態の光制御装置は、光ファイバー１１等により入射した入力光１７を分岐する部分１４と、その分岐された入力光の一方（モニター光）１２を電気信号に変換する部分（光電変換部分）１５と、変換された電気信号により信号光１３の光伝送路を開閉制御する部分１６とを備えている。出力光１８は、モニター光１２に応じて光電変換部分１５から出力された電気信号量により光伝送路の開閉量が制御されることによってその光パワーが調整可能となっている。
【００１８】  ここで、光伝送路の開閉を所要の電気信号量で閾値的に駆動する場合には、光ヒューズとして機能する。図３は、本実施形態の光制御装置が光ヒューズとして機能する場合の光ヒューズの特性を示している。入力光１７のパワーが小さいときには光伝送路を開閉制御する部分１６が開状態であり、出力光１８は入力光パワーに応じて出力されるが、閾値点以上の入力光パワーになると光電変換部分１５から供給される電気信号により光伝送路を開閉制御する部分１６が閉状態になり、出力光１８は遮断される。
【００１９】  モニター光１２を電気信号に変換する光電変換部分１５としては、例えば、特開２０００−２１６４２４号公報に記載されているような、光電変換機能を有する半導体フォトボ
４
【手続補正００４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
制御装置、光ヒューズ装置の高速化、小型化にも有用である。
【００２８】  また、本実施形態の光制御装置では、光電変換部分１５と光伝送路開閉部分１６の間にオフセット用の電圧源を直列に挿入することができる。これにより、光電変換電圧に対して適量のオフセット電圧が印加され、その結果、半導体フォトボル素子からの所要の信号電圧を低減することが可能となり、モニター光１２のパワーを低減できるため、光制御装置、光ヒューズ装置の伝送損失を一層低減できる。また、この場合のオフセット電圧は高々数Ｖ程度であり、消費電力としては十分に小さい。
【００２９】  また、本実施形態の光制御装置では、光電変換部分１５、およびその電気信号により信号光１３の光伝送路を開閉制御する部分１６を、Ｓｉ基板上等に形成された平面光回路上に一体に搭載することが可能である。その場合、入力光１７を分岐する部分１４は、平面回路上に導波構造として作り込むことが可能である。入力光１７を分岐する部分１４、光電変換部分１５、光伝送路を開閉制御する部分１６のうち少なくとも二つの部分を同一の平面光回路上に搭載することが望ましい。それにより、光制御装置、光ヒューズ装置の小型化を図ることができる。
【００３０】  また、本実施形態の光制御装置では、光伝送路の開閉度を保持する機能を付加することもできる。これは、光ヒューズとして適用した場合に、光ヒューズ動作後に閉状態を持続し、後段の光装置を保護する場合等に有用である。その場合には、例えば光電変換部分１５の変換電圧を保持する電圧保持手段等を備えることにより、閉状態に変化したときの変換電圧を保持させることにより実現可能である。また、光ヒューズの開閉状態を外部から確認するために開閉状態を明示する機能を付加すること（例えば液晶表示素子やＬＥＤを用いて表示する。）が望ましく、例えば上記保持電圧を利用した状態表示機能を搭載することができる。
【００３１】  図２は、本発明の第２の実施形態を示す光制御装置のブロック図である。本実施形態の光制御装置は、光ファイバー等により入射した入力光２７を透過し且つ入力光の一部（モニター光）を電気信号に変換する機能を併せ持つ部分２４と、その電気信号により信号光２３の光伝送路を開閉制御する部分２６からなる。光伝送路を開閉制御する部分２６の開閉量は、上記モニター光に応じて出力された電気信号量によって直接制御される。これにより出力光２８のパワーを調整することが可能となる。本実施
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【手続補正００５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
形態の光制御装置では、入力光を透過し且つ光電変換する部分が同一の素子で実現するため、実施形態１の光制御装置の効果に加えて、さらなる構成部材の低減が可能である。
【００３２】  ここで、光伝送路の開閉が所要の電気信号量で閾値的に駆動する場合には、光ヒューズとして機能する。光ヒューズとしての特性は図３に示すように、入力光２７のパワーが小さいときには光伝送路を開閉制御する部分２６が開状態であり出力光２８は入力光パワーに応じて出力されるが、閾値点以上の入力光パワーになると、モニター光を電気信号に変換する機能により発生した電気信号により光伝送路を開閉制御する部分２６が閉状態になり、出力光２８は遮断される。
【００３３】  入力光２７を透過し且つ電気信号に変換する光電変換部分２４については、図５に示すような、装架型構造を有する半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子を用いることが望ましい。
【００３４】  図５に示す装架型構造を有する半導体フォトボル素子あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子では、入力光５８が光ガイド層５２に入射し、導波しながら一部入力光（導波光の一部）はＰＩＮ型吸収層あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造の吸収層５４のフォトボル領域に結合（エバネッセント結合）し、吸収により電圧を発生する。また、結合しない導波光は出力側より出射光５９として出力される。図５に示すように、装架型半導体フォトボル素子は、基板５１上に設けられた光ガイド層５２、Ｎ型クラッド層５３、ｉ型あるいはｎｉｐｉ型多重接合構造を有する光吸収層５４、Ｐ型クラッド層５５、Ｐ型電極５６、Ｎ型電極５７を備えている。
【００３５】  これにより、入力光の透過および半導体フォトボルでの電気信号の発生が一個の素子で可能となり第１の実施形態よりも構成部材を削減できる特徴を有する。ここで、ｎｉｐｉ型多重接合構造を有する装架型半導体フォトボル素子を用いた場合、前述したようにＰＩＮ接合の繰り返し周期数分に応じた出力電圧が得られるため、光電変換効率が増大し、少ないモニター光パワーで所望の電圧を得て、光伝送路の開閉部分を駆動することが可能となる。従って光制御装置における伝送損失を減らすことができる。
【００３６】  また、光伝送路の開閉部分２６としては、マイクロマシンを用いた光シャッター、また
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【国際調査報告】
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