JP2003029219A - 平面導波路型可変光減衰器 - Google Patents
平面導波路型可変光減衰器Info
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- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 大きな光減衰量の場合でも偏波依存性損失の
小さい光学特性を有していて、製造時間が短く、かつ機
械的強度の強い平面導波路型可変光減衰器を提供する。 【解決手段】 平面導波路型可変光減衰器１は、基板１
００と、基板上に形成されたクラッド７０内に埋設され
た光路長差ΔＬ０を有する２本の光導波路アーム１０、
２０と、クラッド７０の表面に配置され光導波路アーム
１０、２０の光路長を調整する薄膜ヒーター１１０、１
２０よりなるマッハツェンダ干渉計１０１から構成され
ている。光導波路アーム１０、２０は石英系ガラス材料
から形成され、光路長差ΔＬ０は０．３８μｍから０．
５２μｍの間に設定される。
小さい光学特性を有していて、製造時間が短く、かつ機
械的強度の強い平面導波路型可変光減衰器を提供する。 【解決手段】 平面導波路型可変光減衰器１は、基板１
００と、基板上に形成されたクラッド７０内に埋設され
た光路長差ΔＬ０を有する２本の光導波路アーム１０、
２０と、クラッド７０の表面に配置され光導波路アーム
１０、２０の光路長を調整する薄膜ヒーター１１０、１
２０よりなるマッハツェンダ干渉計１０１から構成され
ている。光導波路アーム１０、２０は石英系ガラス材料
から形成され、光路長差ΔＬ０は０．３８μｍから０．
５２μｍの間に設定される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜ヒーターを用
いて光の干渉作用を利用した平面導波路型可変光減衰器
に関する。
いて光の干渉作用を利用した平面導波路型可変光減衰器
に関する。
【０００２】
【従来の技術】波長多重（ＷＤＭ）光通信は、複数の光
源から出射された波長１．５５μｍ帯の多波長の信号光
を１本の光ファイバ伝送路に一括して伝送させ、波長毎
に割り振られた受光器で受信することにより大容量・高
速の光通信を行うものである。ＷＤＭ光通信システムに
おいては、複数の光源から出射された信号光を１本の光
ファイバに合波させるための光合波器、および１本の光
ファイバ内を伝搬する多波長の信号光を複数の受光器に
分波させる光分波器が必要とされる。また、受光器で正
常に受光するためには、受光器に到達する多波長の信号
光それぞれのパワーは互いにほぼ等しいことが要求さ
れ、多波長の信号光に対応する複数チャンネルにおける
光パワーをそれぞれ等化にするための可変光減衰器が必
要とされる。
源から出射された波長１．５５μｍ帯の多波長の信号光
を１本の光ファイバ伝送路に一括して伝送させ、波長毎
に割り振られた受光器で受信することにより大容量・高
速の光通信を行うものである。ＷＤＭ光通信システムに
おいては、複数の光源から出射された信号光を１本の光
ファイバに合波させるための光合波器、および１本の光
ファイバ内を伝搬する多波長の信号光を複数の受光器に
分波させる光分波器が必要とされる。また、受光器で正
常に受光するためには、受光器に到達する多波長の信号
光それぞれのパワーは互いにほぼ等しいことが要求さ
れ、多波長の信号光に対応する複数チャンネルにおける
光パワーをそれぞれ等化にするための可変光減衰器が必
要とされる。
【０００３】従来、可変光減衰器として、平面導波路型
で薄膜ヒーターからなる熱光学位相シフタによって熱光
学効果を利用する方法、バルク型光学系で光フィルタを
ステッピングモーターで駆動する方法、バルク型光学系
でファラデー回転子によって磁気光学効果を利用する方
法などがある。
で薄膜ヒーターからなる熱光学位相シフタによって熱光
学効果を利用する方法、バルク型光学系で光フィルタを
ステッピングモーターで駆動する方法、バルク型光学系
でファラデー回転子によって磁気光学効果を利用する方
法などがある。
【０００４】ここで、平面導波路型で熱光学効果を利用
する方法は、集積化による小型化、量産性、低損失であ
る光学特性に優れており、光通信用部品として他の方式
に比べて多くの利点を有している。図１に、従来の平面
導波路型可変光減衰器１の構成例を示す。基板１００上
に形成されたクラッド７０内に埋設された２本の光導波
路アーム１０、２０と、光導波路アーム１０、２０をそ
の両端の位置で結合させる２つの方向性結合器５０、５
１よりなるマッハツェンダ干渉計１０１で構成される。
また、クラッド７０の表面には、光導波路アーム１０に
沿って設けられた薄膜ヒーター１１０が配置されてい
る。１１０図１中、Ｉｉｎは使用波長光の中心波長がλ
０である入力光パワー、Ｉｏｕｔはその出力光パワーを
表わす。
する方法は、集積化による小型化、量産性、低損失であ
る光学特性に優れており、光通信用部品として他の方式
に比べて多くの利点を有している。図１に、従来の平面
導波路型可変光減衰器１の構成例を示す。基板１００上
に形成されたクラッド７０内に埋設された２本の光導波
路アーム１０、２０と、光導波路アーム１０、２０をそ
の両端の位置で結合させる２つの方向性結合器５０、５
１よりなるマッハツェンダ干渉計１０１で構成される。
また、クラッド７０の表面には、光導波路アーム１０に
沿って設けられた薄膜ヒーター１１０が配置されてい
る。１１０図１中、Ｉｉｎは使用波長光の中心波長がλ
０である入力光パワー、Ｉｏｕｔはその出力光パワーを
表わす。
【０００５】薄膜ヒーター１１０は、制御部２００を通
して電力量Ｗが制御され、薄膜ヒーター１１０の加熱温
度Ｔが調整される。薄膜ヒーター１１０の加熱によって
光導波路アーム１０の温度は上昇し、熱光学効果によっ
て光導波路アーム１０の屈折率は変化する。電力量Ｗを
変化させることによって、マッハツェンダ干渉計１０１
を構成する光導波路アーム１０および２０の光路長差Δ
Ｌ（Ｗ）も変化し、光の干渉作用によって出力光パワー
Ｉｏｕｔを可変にすることができる。
して電力量Ｗが制御され、薄膜ヒーター１１０の加熱温
度Ｔが調整される。薄膜ヒーター１１０の加熱によって
光導波路アーム１０の温度は上昇し、熱光学効果によっ
て光導波路アーム１０の屈折率は変化する。電力量Ｗを
変化させることによって、マッハツェンダ干渉計１０１
を構成する光導波路アーム１０および２０の光路長差Δ
Ｌ（Ｗ）も変化し、光の干渉作用によって出力光パワー
Ｉｏｕｔを可変にすることができる。
【０００６】従来、薄膜ヒーター１１０に通電させない
状態における光導波路アーム１０および２０の光路長差
ΔＬ０は零または位相差１８０°に相当するλ０／２ｎ
ｅｆ ｆ（ｎｅｆｆは光導波路の実効屈折率）に設定され
る。光路長差ΔＬ０が零の場合、薄膜ヒーター１１０が
非通電の状態では、入力光パワーは入力ポートと対角の
位置にある出力ポートに出力され、薄膜ヒーター１１０
に印加する電力量Ｗを制御することによって出力光パワ
ーＩｏｕｔを調整することができる。また、光路長差Δ
Ｌ０がλ０／２ｎｅｆｆの場合、薄膜ヒーター１１０が
非通電の状態では、入力光パワーは入力ポートと同じ側
の位置にある出力ポートに出力され、同様に薄膜ヒータ
ー１１０に印加する電力量Ｗを制御することによって出
力光パワーＩｏｕｔを調整することができる。
状態における光導波路アーム１０および２０の光路長差
ΔＬ０は零または位相差１８０°に相当するλ０／２ｎ
ｅｆ ｆ（ｎｅｆｆは光導波路の実効屈折率）に設定され
る。光路長差ΔＬ０が零の場合、薄膜ヒーター１１０が
非通電の状態では、入力光パワーは入力ポートと対角の
位置にある出力ポートに出力され、薄膜ヒーター１１０
に印加する電力量Ｗを制御することによって出力光パワ
ーＩｏｕｔを調整することができる。また、光路長差Δ
Ｌ０がλ０／２ｎｅｆｆの場合、薄膜ヒーター１１０が
非通電の状態では、入力光パワーは入力ポートと同じ側
の位置にある出力ポートに出力され、同様に薄膜ヒータ
ー１１０に印加する電力量Ｗを制御することによって出
力光パワーＩｏｕｔを調整することができる。
【０００７】ここで、薄膜ヒーターへ電力量Ｗが印加さ
れた状態における光減衰量ＡＴＴ（Ｗ）を、（数１）の
ように、（薄膜ヒーターへ特定の電力量Ｗが印加された
状態における損失値）と（光減衰器の最小損失値）との
差と定義する。 （数１） ＡＴＴ（Ｗ）（ｄＢ）＝−１０ｌｏｇ（Ｉｏｕｔ／Ｉｉ
ｎ）−Ｌｍｉｎ 最小損失値Ｌｍｉｎは、主にマッハツェンダ干渉計を構
成する光導波路の散乱損失で決められる。
れた状態における光減衰量ＡＴＴ（Ｗ）を、（数１）の
ように、（薄膜ヒーターへ特定の電力量Ｗが印加された
状態における損失値）と（光減衰器の最小損失値）との
差と定義する。 （数１） ＡＴＴ（Ｗ）（ｄＢ）＝−１０ｌｏｇ（Ｉｏｕｔ／Ｉｉ
ｎ）−Ｌｍｉｎ 最小損失値Ｌｍｉｎは、主にマッハツェンダ干渉計を構
成する光導波路の散乱損失で決められる。
【０００８】コアおよびクラッドから構成される光導波
路アームにおいて、クラッド上部に薄膜ヒーターが取り
付けられた場合、コアとクラッドとの熱膨張係数の違い
に起因して、光導波路アームには上下方向の熱応力が生
じやすい。この熱応力は光弾性効果によって光導波路ア
ームに複屈折を発生させ、光学特性の偏波依存性を大き
くする。例えば、図１において、薄膜ヒーター１１０の
加熱温度を高めていった時、出力ポートへの損失が大き
くなると共に大きい光減衰量が得られるが、同時に偏波
依存性損失（Polarization Dependent Loss、以下ＰＤ
Ｌ）も大きくなってしまう。すなわち、大きい光減衰量
の場合、ＰＤＬも大きくなってしまう。
路アームにおいて、クラッド上部に薄膜ヒーターが取り
付けられた場合、コアとクラッドとの熱膨張係数の違い
に起因して、光導波路アームには上下方向の熱応力が生
じやすい。この熱応力は光弾性効果によって光導波路ア
ームに複屈折を発生させ、光学特性の偏波依存性を大き
くする。例えば、図１において、薄膜ヒーター１１０の
加熱温度を高めていった時、出力ポートへの損失が大き
くなると共に大きい光減衰量が得られるが、同時に偏波
依存性損失（Polarization Dependent Loss、以下ＰＤ
Ｌ）も大きくなってしまう。すなわち、大きい光減衰量
の場合、ＰＤＬも大きくなってしまう。
【０００９】このような課題に対して、例えば、文献
「２００１年電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−６４
（予稿集Ｐ．２２９）ＰＬＣ型可変減衰器の低ＰＤＬ
化」には、光導波路アームの両側に熱応力開放用の溝を
設けてＰＤＬを低減しようとする技術が記載されてい
る。
「２００１年電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−６４
（予稿集Ｐ．２２９）ＰＬＣ型可変減衰器の低ＰＤＬ
化」には、光導波路アームの両側に熱応力開放用の溝を
設けてＰＤＬを低減しようとする技術が記載されてい
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光導波
路アームの両側に熱応力開放用の溝を設けてＰＤＬを低
減させようとする技術においては、以下のような問題点
を有している。導波路の両側に加工される溝は、熱応力
の十分な開放に対しては、クラッド表面からクラッドと
基板との境界付近までの深さを有する必要がある。一般
的な光回路においては、この深さはおおよそ２０〜５０
μｍである。通常、溝加工は上部クラッド形成後のエッ
チングによって行われるが、上記のような深さの加工は
エッチング速度から考えて、５〜１０時間程度の多大な
時間を要してしまう。また、細長い導波路部が露出して
しまうために、その部分で機械的強度が弱くなってしま
い、破断しやすい。
路アームの両側に熱応力開放用の溝を設けてＰＤＬを低
減させようとする技術においては、以下のような問題点
を有している。導波路の両側に加工される溝は、熱応力
の十分な開放に対しては、クラッド表面からクラッドと
基板との境界付近までの深さを有する必要がある。一般
的な光回路においては、この深さはおおよそ２０〜５０
μｍである。通常、溝加工は上部クラッド形成後のエッ
チングによって行われるが、上記のような深さの加工は
エッチング速度から考えて、５〜１０時間程度の多大な
時間を要してしまう。また、細長い導波路部が露出して
しまうために、その部分で機械的強度が弱くなってしま
い、破断しやすい。
【００１１】本発明は、上記問題点を解消するためにな
されたものであり、大きい光減衰量の場合でも小さいＰ
ＤＬが実現でき、製造時間が短く、かつ機械的強度の強
い平面導波路型可変光減衰器を提供することを目的とす
る。
されたものであり、大きい光減衰量の場合でも小さいＰ
ＤＬが実現でき、製造時間が短く、かつ機械的強度の強
い平面導波路型可変光減衰器を提供することを目的とす
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】発明者らは、基板上に光
路長差ΔＬ０を有する２本の光導波路アームが形成され
ており、２本の光導波路アームに設けられ該光導波路ア
ームの光路長をそれぞれ調整する２つの薄膜ヒーターよ
りなるマッハツェンダ干渉計から構成された平面導波路
型可変光減衰器において、光路長差ΔＬ０と２つの薄膜
ヒーターへ印加される電力量Ｗ１、Ｗ２を変えた時の光
減衰量ＡＴＴ（Ｗ１、Ｗ２）におけるＰＤＬとの関係に
ついて鋭意検討した。その結果、大きい光減衰量ＡＴＴ
（Ｗ１、Ｗ２）の場合でも小さいＰＤＬが実現できる光
路長差ΔＬ０の最適領域が存在することを見出した。
路長差ΔＬ０を有する２本の光導波路アームが形成され
ており、２本の光導波路アームに設けられ該光導波路ア
ームの光路長をそれぞれ調整する２つの薄膜ヒーターよ
りなるマッハツェンダ干渉計から構成された平面導波路
型可変光減衰器において、光路長差ΔＬ０と２つの薄膜
ヒーターへ印加される電力量Ｗ１、Ｗ２を変えた時の光
減衰量ＡＴＴ（Ｗ１、Ｗ２）におけるＰＤＬとの関係に
ついて鋭意検討した。その結果、大きい光減衰量ＡＴＴ
（Ｗ１、Ｗ２）の場合でも小さいＰＤＬが実現できる光
路長差ΔＬ０の最適領域が存在することを見出した。
【００１３】本発明は、基板上に形成された、実効屈折
率ｎｅｆｆで光路長差ΔＬ０を有する２本の光導波路ア
ーム、２本の光導波路アームに設けられ該光導波路アー
ムの光路長を調整する薄膜ヒーターよりなるマッハツェ
ンダ干渉計から構成された、使用波長光の中心波長がλ
０である平面導波路型可変光減衰器において、光路長差
ΔＬ０が０．３６×λ０／ｎｅｆｆから０．４７×λ０
／ｎｅｆｆの間に設定されていることを特徴とする。
率ｎｅｆｆで光路長差ΔＬ０を有する２本の光導波路ア
ーム、２本の光導波路アームに設けられ該光導波路アー
ムの光路長を調整する薄膜ヒーターよりなるマッハツェ
ンダ干渉計から構成された、使用波長光の中心波長がλ
０である平面導波路型可変光減衰器において、光路長差
ΔＬ０が０．３６×λ０／ｎｅｆｆから０．４７×λ０
／ｎｅｆｆの間に設定されていることを特徴とする。
【００１４】また、基板上に形成された、２本の光導波
路アーム、２本の光導波路アームに設けられ該光導波路
アームの光路長をそれぞれ調整する２つの薄膜ヒーター
よりなるマッハツェンダ干渉計から構成された平面導波
路型可変光減衰器において、光導波路アームの光路長を
調整する薄膜ヒーターの非通電時における光減衰量が７
〜２１ｄＢであっても良い。
路アーム、２本の光導波路アームに設けられ該光導波路
アームの光路長をそれぞれ調整する２つの薄膜ヒーター
よりなるマッハツェンダ干渉計から構成された平面導波
路型可変光減衰器において、光導波路アームの光路長を
調整する薄膜ヒーターの非通電時における光減衰量が７
〜２１ｄＢであっても良い。
【００１５】また、上記のマッハツェンダ干渉計が基板
上に並列して複数形成されて、複数チャンネルの光パワ
ーそれぞれに対して可変光減衰機能を持たせたことを特
徴とする平面導波路型可変光減衰器であっても良い。
上に並列して複数形成されて、複数チャンネルの光パワ
ーそれぞれに対して可変光減衰機能を持たせたことを特
徴とする平面導波路型可変光減衰器であっても良い。
【００１６】マッハツェンダ干渉計を構成する２本の光
導波路アームの光路長をそれぞれ調整する２つの薄膜ヒ
ーター（それぞれに印加される電力量をＷ１、Ｗ２とす
る）を設けると共に、２本の光導波路アームに光路長差
ΔＬ０を持たせることによって、薄膜ヒーターの非通電
時（Ｗ１＝０、Ｗ２＝０）においても所定の光減衰量Ａ
ＴＴを有するようになる。長い方の光路長を有する光導
波路アーム側の薄膜ヒーターを加熱させる（Ｗ１＞０）
ことにより、更に大きい光減衰量ＡＴＴが得られ、ま
た、短い方の光路長を有する光導波路側の薄膜ヒーター
を加熱させる（Ｗ ２＞０）ことにより、光減衰量ＡＴＴ
を低下させることができる。大きい光減衰量ＡＴＴの状
態においても、２つの薄膜ヒーターの加熱温度Ｔ１、Ｔ
２の差は低い設定で済むために、２本の光導波路アーム
における熱応力の差が抑制され、光学特性の偏波依存性
が低減される。
導波路アームの光路長をそれぞれ調整する２つの薄膜ヒ
ーター（それぞれに印加される電力量をＷ１、Ｗ２とす
る）を設けると共に、２本の光導波路アームに光路長差
ΔＬ０を持たせることによって、薄膜ヒーターの非通電
時（Ｗ１＝０、Ｗ２＝０）においても所定の光減衰量Ａ
ＴＴを有するようになる。長い方の光路長を有する光導
波路アーム側の薄膜ヒーターを加熱させる（Ｗ１＞０）
ことにより、更に大きい光減衰量ＡＴＴが得られ、ま
た、短い方の光路長を有する光導波路側の薄膜ヒーター
を加熱させる（Ｗ ２＞０）ことにより、光減衰量ＡＴＴ
を低下させることができる。大きい光減衰量ＡＴＴの状
態においても、２つの薄膜ヒーターの加熱温度Ｔ１、Ｔ
２の差は低い設定で済むために、２本の光導波路アーム
における熱応力の差が抑制され、光学特性の偏波依存性
が低減される。
【００１７】また、光導波路の両側に溝を設けるような
エッチング加工を行わないので、多大な加工時間を要し
たり、機械的強度が弱くなったりする問題が生じない。
エッチング加工を行わないので、多大な加工時間を要し
たり、機械的強度が弱くなったりする問題が生じない。
【００１８】
【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
いて同じ部分には同じ番号を付して重複する説明を省略
する。
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同じ部分には同じ番号を付して重複する説明を省略
する。
【００１９】図２（Ａ）、（Ｂ）は、本発明に係る第一
の実施形態である平面導波路型可変光減衰器２の構成図
である。図２（Ａ）は、全体平面図である。平面導波路
型可変光減衰器１は、基板１００上に形成されたクラッ
ド７０内に埋設された実効屈折率ｎｅｆｆで光路長差Δ
Ｌ０を有する２本の光導波路アーム１０、２０、光導波
路アーム１０、２０をその両端の位置で結合させる２つ
のＹ分岐結合器６０、６１よりなるマッハツェンダ干渉
計１０１から構成されている。また、クラッド７０の表
面には、光導波路アーム１０、２０に沿って設けられた
薄膜ヒーター１１０、１２０が配置されている。薄膜ヒ
ーター１１０、１２０は、制御部２００を通してそれぞ
れ電力量Ｗ１、Ｗ２で制御され、光導波路アーム１０、
２０のそれぞれの加熱温度Ｔ１、Ｔ２が調整される。図
２（Ｂ）は、図２（Ａ）の線分ＡＡ’における拡大断面
図である。
の実施形態である平面導波路型可変光減衰器２の構成図
である。図２（Ａ）は、全体平面図である。平面導波路
型可変光減衰器１は、基板１００上に形成されたクラッ
ド７０内に埋設された実効屈折率ｎｅｆｆで光路長差Δ
Ｌ０を有する２本の光導波路アーム１０、２０、光導波
路アーム１０、２０をその両端の位置で結合させる２つ
のＹ分岐結合器６０、６１よりなるマッハツェンダ干渉
計１０１から構成されている。また、クラッド７０の表
面には、光導波路アーム１０、２０に沿って設けられた
薄膜ヒーター１１０、１２０が配置されている。薄膜ヒ
ーター１１０、１２０は、制御部２００を通してそれぞ
れ電力量Ｗ１、Ｗ２で制御され、光導波路アーム１０、
２０のそれぞれの加熱温度Ｔ１、Ｔ２が調整される。図
２（Ｂ）は、図２（Ａ）の線分ＡＡ’における拡大断面
図である。
【００２０】平面導波路型可変光減衰器２の作製は、例
えば以下のように実施される。石英ガラス基板１００の
上に、厚み７μｍ程度で比屈折率差０．４５％程度のＧ
ｅＯ ２が添加されたコア層を成膜した後、フォトリソグ
ラフィー・反応性イオンエッチングによって、図２
（Ａ）で示すコア形状パターンを加工する。次に、厚み
３０μｍ程度のクラッド層７０を成膜する。その後に、
クラッド層の上部全体にクロム薄膜を蒸着した後に、フ
ォトリソグラフィー・反応性イオンエッチングによっ
て、光導波路の上部に薄膜ヒーター１１０、１２０を形
成する。最後に、基板をマッハツェンダ干渉計１０１を
少なくとも一単位として含むチップ形状に切断して平面
導波路型可変光減衰器２が得られる。薄膜ヒーター１１
０、１２０と制御部２００とを結線すれば、薄膜ヒータ
ー１１０、１２０をそれぞれ電力量Ｗ１、Ｗ２で制御可
能にできる。
えば以下のように実施される。石英ガラス基板１００の
上に、厚み７μｍ程度で比屈折率差０．４５％程度のＧ
ｅＯ ２が添加されたコア層を成膜した後、フォトリソグ
ラフィー・反応性イオンエッチングによって、図２
（Ａ）で示すコア形状パターンを加工する。次に、厚み
３０μｍ程度のクラッド層７０を成膜する。その後に、
クラッド層の上部全体にクロム薄膜を蒸着した後に、フ
ォトリソグラフィー・反応性イオンエッチングによっ
て、光導波路の上部に薄膜ヒーター１１０、１２０を形
成する。最後に、基板をマッハツェンダ干渉計１０１を
少なくとも一単位として含むチップ形状に切断して平面
導波路型可変光減衰器２が得られる。薄膜ヒーター１１
０、１２０と制御部２００とを結線すれば、薄膜ヒータ
ー１１０、１２０をそれぞれ電力量Ｗ１、Ｗ２で制御可
能にできる。
【００２１】光路長差ΔＬ０を０μｍ、０．２７μｍ、
０．４５μｍ、０．５３μｍと水準を振って変化させた
時の、光減衰量ＡＴＴ（Ｗ１、Ｗ２）とＰＤＬとの関係
についてシミュレーション計算で求めた結果を図３に示
す。光導波路アームの材料として石英系ガラスを想定
し、実効屈折率ｎｅｆｆを１．４５と設定した。光路長
差ΔＬ０が０μｍの場合は、光減衰量ＡＴＴが大きくな
る程、ＰＤＬも大きくなる傾向を示す。光路長差ΔＬ０
が０．２７μｍの場合は、ＰＤＬの増加傾向が緩やかに
なると同時に、特定の光減衰量ＡＴＴでＰＤＬが零とな
る状態が存在する。更に、光路長差ΔＬ０が０．４５μ
ｍ、０．５３μｍの場合には、ＰＤＬの増加傾向がさら
に緩やかになると同時に、ＰＤＬが零となる光減衰量Ａ
ＴＴの値が光路長差ΔＬ００．２７μｍの場合に比べて
大きくなる。
０．４５μｍ、０．５３μｍと水準を振って変化させた
時の、光減衰量ＡＴＴ（Ｗ１、Ｗ２）とＰＤＬとの関係
についてシミュレーション計算で求めた結果を図３に示
す。光導波路アームの材料として石英系ガラスを想定
し、実効屈折率ｎｅｆｆを１．４５と設定した。光路長
差ΔＬ０が０μｍの場合は、光減衰量ＡＴＴが大きくな
る程、ＰＤＬも大きくなる傾向を示す。光路長差ΔＬ０
が０．２７μｍの場合は、ＰＤＬの増加傾向が緩やかに
なると同時に、特定の光減衰量ＡＴＴでＰＤＬが零とな
る状態が存在する。更に、光路長差ΔＬ０が０．４５μ
ｍ、０．５３μｍの場合には、ＰＤＬの増加傾向がさら
に緩やかになると同時に、ＰＤＬが零となる光減衰量Ａ
ＴＴの値が光路長差ΔＬ００．２７μｍの場合に比べて
大きくなる。
【００２２】図４には、光路長差ΔＬ０とＰＤＬとの関
係についてシミュレーション計算で求めた結果を示す。
このグラフの縦軸は、光減衰量ＡＴＴがそれぞれ１０ｄ
Ｂ以下、２０ｄＢ以下の場合における最大のＰＤＬ値を
表わしている。このグラフから理解されるように、最大
のＰＤＬは特定の光路長差ΔＬ０で極小値を有してい
る。はじめに、使用波長光の中心波長λ０が１．５５μ
ｍの場合を考える。例えば、光減衰量ＡＴＴが１０ｄＢ
以下の範囲であれば、光路長差ΔＬ０が０．３８μｍの
時がＰＤＬ低減に有効である。また、例えば、光減衰量
ＡＴＴが２０ｄＢ以下の範囲であれば、光路長差ΔＬ０
が０．５２μｍの時がＰＤＬ低減に有効である。実際の
ＷＤＭ光通信においては、光減衰量ＡＴＴの可変範囲は
０〜２０ｄＢであれば実用に供するため、光路長差ΔＬ
０の最適領域は０．３８〜０．５２μｍとなる。
係についてシミュレーション計算で求めた結果を示す。
このグラフの縦軸は、光減衰量ＡＴＴがそれぞれ１０ｄ
Ｂ以下、２０ｄＢ以下の場合における最大のＰＤＬ値を
表わしている。このグラフから理解されるように、最大
のＰＤＬは特定の光路長差ΔＬ０で極小値を有してい
る。はじめに、使用波長光の中心波長λ０が１．５５μ
ｍの場合を考える。例えば、光減衰量ＡＴＴが１０ｄＢ
以下の範囲であれば、光路長差ΔＬ０が０．３８μｍの
時がＰＤＬ低減に有効である。また、例えば、光減衰量
ＡＴＴが２０ｄＢ以下の範囲であれば、光路長差ΔＬ０
が０．５２μｍの時がＰＤＬ低減に有効である。実際の
ＷＤＭ光通信においては、光減衰量ＡＴＴの可変範囲は
０〜２０ｄＢであれば実用に供するため、光路長差ΔＬ
０の最適領域は０．３８〜０．５２μｍとなる。
【００２３】同様にして、使用波長光の中心波長λ０が
１．３μｍの場合を考える。例えば、光減衰量ＡＴＴが
１０ｄＢ以下の範囲であれば、光路長差ΔＬ０が０．３
２μｍの時がＰＤＬ低減に有効である。また、例えば、
光減衰量ＡＴＴが２０ｄＢ以下の範囲であれば、光路長
差ΔＬ０が０．４２μｍの時がＰＤＬ低減に有効であ
る。実際のＷＤＭ光通信においては、光減衰量の可変範
囲は０〜２０ｄＢであれば実用に供するため、光路長差
ΔＬ０の最適領域は０．３２〜０．４２μｍとなる。
１．３μｍの場合を考える。例えば、光減衰量ＡＴＴが
１０ｄＢ以下の範囲であれば、光路長差ΔＬ０が０．３
２μｍの時がＰＤＬ低減に有効である。また、例えば、
光減衰量ＡＴＴが２０ｄＢ以下の範囲であれば、光路長
差ΔＬ０が０．４２μｍの時がＰＤＬ低減に有効であ
る。実際のＷＤＭ光通信においては、光減衰量の可変範
囲は０〜２０ｄＢであれば実用に供するため、光路長差
ΔＬ０の最適領域は０．３２〜０．４２μｍとなる。
【００２４】上記のシミュレーション計算では、実効屈
折率ｎｅｆｆとして石英系ガラス材料の１．４５、また
使用波長光の中心波長λ０として１．３μｍおよび１．
５５μｍの場合における最適な光路長差ΔＬ０を求め
た。ここでは、一般的な実効屈折率ｎｅｆｆ、使用波長
光の中心波長λ０において、ＰＤＬ低減に対して光路長
差ΔＬ０の最適領域を導出する。マッハツェンダ干渉計
においては、２本の光導波路アーム間に生じる位相差Δ
Φと実効屈折率ｎｅｆｆ、使用波長光の中心波長λ０、
光路長差ΔＬ０との間には（数２）の関係が成り立つ。 （数２） ΔΦ＝２πｎｅｆｆ／λ０×ΔＬ０ （数２）をΔＬ０について求める式に変換すれば、（数
３）のようになる。 （数３） ΔＬ０＝ΔΦ／２π×λ０／ｎｅｆｆ （数３）は、ΔＬ０とλ０／ｎｅｆｆとの関係を表わす
基準式であり、それらの間の比例定数は前記のシミュレ
ーション計算から得られる数値を用いれば算出される。
その結果、ＰＤＬ低減に対して光路長差ΔＬ０の最適領
域は０．３６×λ ０／ｎｅｆｆから０．４７×λ０／ｎ
ｅｆｆと導出される。
折率ｎｅｆｆとして石英系ガラス材料の１．４５、また
使用波長光の中心波長λ０として１．３μｍおよび１．
５５μｍの場合における最適な光路長差ΔＬ０を求め
た。ここでは、一般的な実効屈折率ｎｅｆｆ、使用波長
光の中心波長λ０において、ＰＤＬ低減に対して光路長
差ΔＬ０の最適領域を導出する。マッハツェンダ干渉計
においては、２本の光導波路アーム間に生じる位相差Δ
Φと実効屈折率ｎｅｆｆ、使用波長光の中心波長λ０、
光路長差ΔＬ０との間には（数２）の関係が成り立つ。 （数２） ΔΦ＝２πｎｅｆｆ／λ０×ΔＬ０ （数２）をΔＬ０について求める式に変換すれば、（数
３）のようになる。 （数３） ΔＬ０＝ΔΦ／２π×λ０／ｎｅｆｆ （数３）は、ΔＬ０とλ０／ｎｅｆｆとの関係を表わす
基準式であり、それらの間の比例定数は前記のシミュレ
ーション計算から得られる数値を用いれば算出される。
その結果、ＰＤＬ低減に対して光路長差ΔＬ０の最適領
域は０．３６×λ ０／ｎｅｆｆから０．４７×λ０／ｎ
ｅｆｆと導出される。
【００２５】図５は、光路長差ΔＬ０と薄膜ヒーター１
１０、１２０の非通電時における光減衰量ＡＴＴ（Ｗ１
＝Ｗ２＝０）との関係を表わすグラフである。光路長差
ΔＬ ０が大きくなれば、非通電時における光減衰量ＡＴ
Ｔ（Ｗ１＝Ｗ２＝０）も大きくなる。使用波長光の中心
波長λ０が１．５５μｍの時の最適な光路長差ΔＬ
００．３８〜０．５２μｍは、光減衰量ＡＴＴ（Ｗ１＝
Ｗ２＝０）に換算すれば、７〜２１ｄＢに対応すること
が判る。また、使用波長光の中心波長λ０が１．３μｍ
の時の最適な光路長差ΔＬ００．３２〜０．４２μｍも
同様にＡＴＴ（Ｗ１＝Ｗ２＝０）７〜２１ｄＢに対応す
る。
１０、１２０の非通電時における光減衰量ＡＴＴ（Ｗ１
＝Ｗ２＝０）との関係を表わすグラフである。光路長差
ΔＬ ０が大きくなれば、非通電時における光減衰量ＡＴ
Ｔ（Ｗ１＝Ｗ２＝０）も大きくなる。使用波長光の中心
波長λ０が１．５５μｍの時の最適な光路長差ΔＬ
００．３８〜０．５２μｍは、光減衰量ＡＴＴ（Ｗ１＝
Ｗ２＝０）に換算すれば、７〜２１ｄＢに対応すること
が判る。また、使用波長光の中心波長λ０が１．３μｍ
の時の最適な光路長差ΔＬ００．３２〜０．４２μｍも
同様にＡＴＴ（Ｗ１＝Ｗ２＝０）７〜２１ｄＢに対応す
る。
【００２６】図６は、本発明に係る第二の実施形態であ
る平面導波路型可変光減衰器３の全体平面図である。同
一基板１００内に図２のようなマッハツェンダ干渉計１
０１、１０２、１０３を並列して複数形成することによ
って、複数チャンネルの光パワーＩｉｎ1、Ｉｉｎ2、Ｉ
ｉｎ3に対してそれぞれ可変光減衰機能を有する小型な
平面導波路型可変光減衰器が得られる。
る平面導波路型可変光減衰器３の全体平面図である。同
一基板１００内に図２のようなマッハツェンダ干渉計１
０１、１０２、１０３を並列して複数形成することによ
って、複数チャンネルの光パワーＩｉｎ1、Ｉｉｎ2、Ｉ
ｉｎ3に対してそれぞれ可変光減衰機能を有する小型な
平面導波路型可変光減衰器が得られる。
【００２７】図２、図６では、マッハツェンダ干渉計に
おける光結合部としてY分岐結合器を用いた構成で説明
したが、本発明の構成はこれに限定されることなく、例
えば、方向性結合器を用いたマッハツェンダ干渉計等に
も適用可能である。
おける光結合部としてY分岐結合器を用いた構成で説明
したが、本発明の構成はこれに限定されることなく、例
えば、方向性結合器を用いたマッハツェンダ干渉計等に
も適用可能である。
【００２８】使用する導波路基板は、石英ガラス以外に
も上層にガラス薄膜が成膜されたシリコン、アルミナ、
または多成分ガラス等が適用可能である。また、コアお
よびクラッドから構成される光導波路の材質として石英
系ガラスの他に、半導体系またはポリマー系材質の光導
波路でも構わない。また、薄膜ヒーターの材質として、
クロム以外にも窒化タンタル等が使用される。
も上層にガラス薄膜が成膜されたシリコン、アルミナ、
または多成分ガラス等が適用可能である。また、コアお
よびクラッドから構成される光導波路の材質として石英
系ガラスの他に、半導体系またはポリマー系材質の光導
波路でも構わない。また、薄膜ヒーターの材質として、
クロム以外にも窒化タンタル等が使用される。
【００２９】本発明は、上記の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。実施形態では熱
光学位相シフタとして薄膜ヒーターを用いたが、薄膜ヒ
ーターに替えてペルチェ素子などであっても良い。
のではなく、種々の変形が可能である。実施形態では熱
光学位相シフタとして薄膜ヒーターを用いたが、薄膜ヒ
ーターに替えてペルチェ素子などであっても良い。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、大きい光減衰量の場合
でも小さいＰＤＬが実現でき、製造時間が短く、かつ機
械的強度が強い平面導波路型可変光減衰器が得られる。
でも小さいＰＤＬが実現でき、製造時間が短く、かつ機
械的強度が強い平面導波路型可変光減衰器が得られる。
【図１】従来の平面導波路型可変光減衰器１の構成例で
ある。
ある。
【図２】（Ａ）は、本発明に係る実施形態である平面導
波路型可変光減衰器２の構成を示す全体平面図である。
（Ｂ）は（Ａ）の線分ＡＡ’における拡大断面図であ
る。
波路型可変光減衰器２の構成を示す全体平面図である。
（Ｂ）は（Ａ）の線分ＡＡ’における拡大断面図であ
る。
【図３】本発明に係る第一の実施形態である平面導波路
型可変光減衰器２において、光路長差ΔＬ０を変化させ
た時の、光減衰量ＡＴＴ（Ｗ１、Ｗ２）とＰＤＬとの関
係についてシミュレーション計算したグラフである。
型可変光減衰器２において、光路長差ΔＬ０を変化させ
た時の、光減衰量ＡＴＴ（Ｗ１、Ｗ２）とＰＤＬとの関
係についてシミュレーション計算したグラフである。
【図４】本発明に係る第一の実施形態である平面導波路
型可変光減衰器２において、光路長差ΔＬ０と最大ＰＤ
Ｌとの関係についてシミュレーション計算したグラフで
ある。
型可変光減衰器２において、光路長差ΔＬ０と最大ＰＤ
Ｌとの関係についてシミュレーション計算したグラフで
ある。
【図５】本発明に係る第一の実施形態である平面導波路
型可変光減衰器２において、光路長差ΔＬ０と薄膜ヒー
ター１１０、１２０の非通電時における光減衰量ＡＴＴ
（Ｗ１＝Ｗ２＝０）との関係についてシミュレーション
計算したグラフである。
型可変光減衰器２において、光路長差ΔＬ０と薄膜ヒー
ター１１０、１２０の非通電時における光減衰量ＡＴＴ
（Ｗ１＝Ｗ２＝０）との関係についてシミュレーション
計算したグラフである。
【図６】本発明に係る第二の実施形態である平面導波路
型可変光減衰器３の構成を示す全体平面図である。
型可変光減衰器３の構成を示す全体平面図である。
１：従来の平面導波路型可変光減衰器
２：本発明に係る第一の実施形態である平面導波路型可
変光減衰器 ３：本発明に係る第二の実施形態である平面導波路型可
変光減衰器 １０、２０：光導波路アーム ５０、５１：方向性結合器 ６０、６１：Ｙ分岐結合器 ７０：クラッド １００：基板 １０１、１０２、１０３：マッハツェンダ干渉計 １１０、１２０：薄膜ヒーター ２００：制御部
変光減衰器 ３：本発明に係る第二の実施形態である平面導波路型可
変光減衰器 １０、２０：光導波路アーム ５０、５１：方向性結合器 ６０、６１：Ｙ分岐結合器 ７０：クラッド １００：基板 １０１、１０２、１０３：マッハツェンダ干渉計 １１０、１２０：薄膜ヒーター ２００：制御部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2H047 KA04 KA12 NA01 QA04 RA08
TA11 TA47
2H079 AA06 AA12 BA03 CA04 CA24
DA14 DA23 EA04 EA05 EB27
GA04
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上に形成された、実効屈折率ｎ
ｅｆｆで光路長差ΔＬ０を有する２本の光導波路アー
ム、前記２本の光導波路アームに設けられ該光導波路ア
ームの光路長をそれぞれ調整する薄膜ヒーターよりなる
マッハツェンダ干渉計から構成された、使用波長光の中
心波長がλ０である平面導波路型可変光減衰器であっ
て、前記光路長差ΔＬ０が０．３６×λ０／ｎｅｆｆか
ら０．４７×λ ０／ｎｅｆｆの間に設定されていること
を特徴とする平面導波路型可変光減衰器。 - 【請求項２】 前記光導波路アームが石英系ガラス材料
で形成され、前記光路長差ΔＬ０が０．３８μｍから
０．５２μｍの間に設定されていることを特徴とする請
求項１記載の平面導波路型可変光減衰器。 - 【請求項３】 前記光導波路アームが石英系ガラス材料
で形成され、前記光路長差ΔＬ０が０．３２μｍから
０．４２μｍの間に設定されていることを特徴とする請
求項１記載の平面導波路型可変光減衰器。 - 【請求項４】 前記薄膜ヒーターの非通電時における光
減衰量が７〜２１ｄＢであることを特徴とする請求項１
ないし３記載の平面導波路型可変光減衰器。 - 【請求項５】 前記マッハツェンダ干渉計が基板上に並
列して複数形成されて複数チャンネルとなし、該複数チ
ャンネルにおける光パワーそれぞれに対して可変光減衰
機能を持たせたことを特徴とする請求項１ないし４記載
の平面導波路型可変光減衰器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001216677A JP2003029219A (ja) | 2001-07-17 | 2001-07-17 | 平面導波路型可変光減衰器 |
| DE60214483T DE60214483T2 (de) | 2001-07-17 | 2002-07-08 | Variabler optischer Abschwächer mit planaren Wellenleitern |
| EP02014946A EP1278098B1 (en) | 2001-07-17 | 2002-07-08 | Planar lightwave circuit type variable optical attenuator |
| US10/196,214 US6819859B2 (en) | 2001-07-17 | 2002-07-17 | Planar lightwave circuit type variable optical attenuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001216677A JP2003029219A (ja) | 2001-07-17 | 2001-07-17 | 平面導波路型可変光減衰器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003029219A true JP2003029219A (ja) | 2003-01-29 |
Family
ID=19051124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001216677A Pending JP2003029219A (ja) | 2001-07-17 | 2001-07-17 | 平面導波路型可変光減衰器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6819859B2 (ja) |
| EP (1) | EP1278098B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003029219A (ja) |
| DE (1) | DE60214483T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US6583388B2 (en) * | 2001-11-13 | 2003-06-24 | Jds Uniphase Corporation | High thermal efficiency, small form-factor packages including thermally insulative cavities, and transfer molded variants |
| US7609931B2 (en) * | 2003-04-18 | 2009-10-27 | Enablence, Inc. | Planar waveguide structure with tightly curved waveguides |
| US7356210B2 (en) * | 2004-06-25 | 2008-04-08 | Intel Corporation | Variable optical attenuator multiplexer with a thermal isolating optical joint |
| JP4899393B2 (ja) * | 2005-09-21 | 2012-03-21 | 日立電線株式会社 | 導波路型可変光減衰器 |
| CN109802026B (zh) * | 2017-11-16 | 2020-05-15 | 李冰 | 一种含隔离槽的电光开关或含隔离槽的光衰减器及它们的形成方法 |
| CN114089474B (zh) * | 2021-11-30 | 2024-04-19 | 吉林大学 | 一种有机无机混合集成的可变光衰减器及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| US6240221B1 (en) * | 1999-03-29 | 2001-05-29 | Nortel Networks Limited | Integrated optical mach zehnder structures |
| US6856751B2 (en) * | 2002-03-22 | 2005-02-15 | Lynx Photonic Networks, Inc. | Method and system for obtaining variable optical attenuation with very low polarization dependent loss over an ultra wide dynamic range |
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- 2001-07-17 JP JP2001216677A patent/JP2003029219A/ja active Pending
-
2002
- 2002-07-08 EP EP02014946A patent/EP1278098B1/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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