JP3567901B2 - 導波路型光制御デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路型光制御デバイスおよびその製造方法に関し、特に、方向性結合器型マッハツェンダ構成にあって、その構成を複雑にすることなく最小減衰量と最大減衰量の比（消光比）を改善することが可能な導波路型光制御デバイスおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導波路型光制御デバイスは、集積化および低消費電力化に適していることから、光スイッチや光変調器への利用が検討されている。また、近年、高密度波長分割多重伝送（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｅｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＤＷＤＭ）の普及に伴い、波長多重時における各波長の光パワーを揃えるための手段、或いは、伝送路において任意の波長を選択して挿抜する光ＡＤＭ（Ａｄｄ Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ：多重分離装置）の光部品として、可変光減衰器の必要性が高まってきている。その中でも、小型化、低電圧化および低消費電力化に有利なＬｉＮｂＯ３ （ニオブ酸リチウム：ＬＮ）基板上に、２つの方向性結合器を設け、その間に位相シフタを形成した方向性結合器型マッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ：ＭＺ）構成の可変光減衰器が実用化されつつある。
【０００３】
図１４は、方向性結合器型マッハツェンダによる従来の導波路型光制御デバイスの構成を示す。ここでは、導波路型光制御デバイスとして、可変光減衰器を例示している。
方向性結合器型マッハツェンダによる可変光減衰器は、不図示のＬＮ基板上に平行状態に形成された光導波路１ａ，１ｂ、光導波路１ａ，１ｂ内に設けられた第一の方向性結合器２、この第一の方向性結合器２に隣接して設けられた位相シフト器３、この位相シフト器３に隣接して設けられた第二の方向性結合器４を備えて構成されている。位相シフト器３は、第一の電極３ａ、第二の電極３ｂ、および第三の電極３ｃを備えて構成され、第三の電極３ｃを共通電極とし、この電極に（−）電圧、第一の電極３ａと第二の電極３ｂに（＋）電圧を直流電源３ｄから印加し、電界を生じさせる。
【０００４】
次に、図１４の導波路型光制御デバイス（可変光減衰器）の動作について説明する。光導波路１ａの端部から入力された信号光は、第一の方向性結合器２において、５０％の比率により光導波路１ａと１ｂに分岐され、さらに位相シフト器３に入力される。位相シフト器３は、直流電源３ｄからの印加電圧３１の大きさに応じた動作をする。まず、印加電圧３１が加えられていない場合、光導波路１ａと１ｂに分岐された信号光は、互いに同位相で第二の方向性結合器４に入力し、その光導波路１ｂの出力端から全ての光が出光し、光導波路１ａからは出力されない。
【０００５】
次に、印加電圧３１を０Ｖから上げていくと、光導波路１ａと１ｂの屈折率が変化し、光導波路１ａと１ｂを進む信号光の伝搬速度が変化する。光導波路１ａと１ｂに印加される電圧は互いに逆方向であるため、位相シフト器３の光導波路１ａと１ｂを進む信号光に速度差が生じる。この結果、光導波路１ａと１ｂの各信号光は、異なる位相で第二の方向性結合器４に入力する。このため、第二の方向性結合器４の分岐比率（結合率）は当初の５０％からずれ、今まで第二の方向性結合器４の光導波路１ｂから全て出力されていた信号光の一部が、光導波路１ａからも出力されるようになる。さらに、印加電圧３１が、３０〜５０Ｖ程度になると、ほぼ全ての信号光が光導波路１ａから出力されるようになる。つまり、印加電圧３１を適当な値に設定することにより、位相シフト器３における結合長Ｌが等価的に変化し、その変化に応じた光出力を得ることができる。
【０００６】
ところで、印加電圧３１を加えないとき、または、３０〜５０Ｖ程度の電圧を加えたときに、全ての信号光を第二の方向性結合器４の光導波路１ａ、または光導波路１ｂのいずれか一方から出力させるためには、第一の方向性結合器２と第二の方向性結合器４の分岐比率（結合率）を正確に５０％にする必要がある。そのためには、光導波路１ａと１ｂの近接した部分の長さ（結合長Ｌ＝π／２γ（γはポッケルス定数））を正確に完全結合長Ｌｃ（＝π／２κ（κは結合係数））の１／２にする必要がある。第一の方向性結合器２と第二の方向性結合器４の分岐比率（結合率）が５０％からずれると、第二の方向性結合器４の出力端では他方の導波路への漏れが大きくなり、最小減衰量と最大減衰量の比（消光比）を悪化させることになる。
【０００７】
図１５は、方向性結合器のギャップと結合長の関係を示す。
方向性結合器で問題なのは、光導波路１ａと１ｂが近接結合している部分の長さ（結合長Ｌ）とギャップＧである。分岐比率（結合率）を５０％にするには、ギャップＧのばらつきを無くし、結合長Ｌを〔完全結合長Ｌｃ÷２〕にする必要がある。この２つは製造プロセスにおける重要なパラメータになっている。
【０００８】
図１６は、製造パラメータによる特性の相違を示す。図１５に示したギャップＧにばらつきがなく、また、結合長Ｌが完全結合長Ｌｃの１／２に合致していれば、クロストークが最小になることにより、消光比が大きくなる理想的な特性１３０が得られる。しかし、ギャップＧにばらつきがあったり、結合長Ｌが完全結合長Ｌｃの１／２に合致していないときには、特性１３１のように特性が劣化する。このような状態は、結合率が５０％から数パーセント変化しただけで生じることが知られている。
【０００９】
この問題を解決するものとして、特公平６−７２９６４号に提案があり、位相シフト器用の電極とは別個に方向性結合器用の電極を光導波路の方向性結合器に設け、光導波路における屈折率を制御し、等価的に結合長Ｌを調整する構成にしている。この構成について、図１７を示して説明する。
図１７は、従来の他の導波路型光制御デバイスを示す。図１７においても、導波路型光制御デバイスとして可変光減衰器を用いている。
光導波路１ａおよび１ｂの入力端と出力端の間には、第一の方向性結合器２、位相シフト器３、および第二の方向性結合部４が直列に配置して形成されており、第一の方向性結合器２、位相シフト器３、および第二の方向性結合器４のそれぞれには、バイアス電圧を印加するための電極２０ａ，２０ｂ、電極３０ａ，３０ｂ、電極４０ａ，４０ｂが設けられている。電極２０ａ，２０ｂと４０ａ，４０ｂに印加する電圧を適宜設定することにより、第一および第二の方向性結合器２，４における屈折率が制御される。この結果、等価的に結合長Ｌが調整され、消光比の悪化が改善される。
【００１０】
また、方向性結合器おいて、光導波路間の漏れ量を低減し、ダイナミックレンジの向上を図った構成が特開平１０−１４２５６９号公報に提案されている。具体的には、方向性結合器における結合長Ｌを完全結合長Ｌｃの２倍または偶数倍にする構成が示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の導波路型光制御デバイスによると、特公平６−７２９６４号のように位相シフト器と二つの方向性結合器のそれぞれに独立に専用の電極を設けた場合、可変光減衰器のデバイスサイズが大きくなるほか、電極が３つのブロックに配置されるため、電圧制御の箇所が増えることになり、制御回路が複雑になるという不具合がある。
また、特開平１０−１４２５６９号公報の構成によれば、結合長Ｌが最短でも完全結合長Ｌｃの２倍の長さになり、全長が長くなるため、小型化を図ることができない。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、構成を複雑化することなく、消光比やダイナミックレンジが改善が図れ、小型化が可能な導波路型光制御デバイスおよびその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、第１の特徴として、２本の光導波路の両外側および前記２本の光導波路の間に形成された電極を有する第一の電極部が近接配置された位相シフト器と、前記２本の光導波路に連結された光導波路を部分的に近接平行させて構成されると共に、前記位相シフト器の入力側に設けられる光分岐部または出力側に設けられる光結合部の少なくとも一方に用いられる方向性結合器とを備え、前記位相シフト器の前記両外側の電極と前記導波路の間に形成された前記電極との間に印加された電圧に応じて前記２本の光導波路の屈折率を変化させる導波路型光制御デバイスであって、前記方向性結合器内の前記２本の光導波路の両外側および前記光導波路の間に設けられた電極を有し、これらの電極が前記２本の光導波路の長手方向に隣接する前記第一の電極部の各電極に電気的に接続されると共に、前記第一の電極部に印加された電圧が印加される第二の電極部を備えることを特徴とする導波路型光制御デバイスを提供する。
【００１４】
この構成によれば、光分岐部または光結合部に用いられる方向性結合器は、その結合部に２本の光導波路の両外側および光導波路間のそれぞれに配置した３つの電極を持つ第二の電極部を有しており、この第二の電極部の各電極を位相シフト器の第一の電極部の３つの電極のそれぞれに個別および電気的に接続することにより、位相シフト器の第一の電極部に印加した電圧は、同時に方向性結合器の第二の電極部の電極に印加されるため、方向性結合器における屈折率が位相シフト器に印加した電圧により制御される。この結果、等価的に結合長Ｌが調整され、消光比の悪化が改善される。また、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要としないので間隔をとる必要がなく、導波路型光制御デバイスのサイズが大きくなることも、制御系を複雑にすることもない。
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明は、第２の特徴として、２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第３の電極とを含む位相シフト器と、前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波路から入力された信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、前記第一の電極と前記第二の電極のいずれか少なくとも１の電極、および前記第三の電極が前記第一の方向性結合器または前記第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸されていることを特徴とする導波路型光制御デバイスを提供する。
【００１６】
この構成によれば、位相シフト器の第一，第二，および第三の電極は、共通の光導波路を用いる第一の方向性結合器または第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸している。したがって、位相シフト器の電極に印加した電圧は位相シフト器に電界を付与すると同時に第一または第二の方向性結合器にも付与され、いずれかの方向性結合器における屈折率も制御される。この結果、等価的に結合長Ｌが調整されるため、消光比の悪化が改善される。また、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要としないので間隔をとる必要がなく、導波路型光制御デバイスのサイズが大きくなることも、制御系を複雑にすることもない。
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明は、第３の特徴として、２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第三の電極とを含む位相シフト器と、前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波波から入力された信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、前記第一の電極と前記第二の電極のいずれか少なくとも１の電極、および前記第三の電極が前記第一の方向性結合器の一部分または全部にまでそれぞれ延伸され、前記第一の電極と前記第二の電極のいずれか少なくとも１の電極、および前記第三の電極が前記第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸されていることを特徴とする導波路型光制御デバイスを提供する。
【００１８】
この構成によれば、上記第２の特徴に加え、第一の方向性結合器と第二の方向性結合器の両方の一部分または全部にまで、位相シフト器の第一，第二，および第三の電極を延伸させている。したがって、位相シフト器における電極に印加した電圧によって、位相シフト器に電界が付与されると同時に第一および第二の方向性結合器に介在する電極部分から第一および第二の方向性結合器にも電界が付与され、方向性結合器のそれぞれにおける屈折率が制御される。この結果、等価的に結合長Ｌが調整されるため、消光比の悪化が改善される。また、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁が不必要なので間隔をとる必要がなく、導波路型光制御デバイスのサイズが大きくなることも、制御系を複雑にすることもない。
【００１９】
上記の目的を達成するために、本発明は、第４の特徴として、２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第三の電極とを含む位相シフト器と、前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波路から入力された信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、前記第一の方向性結合器は、方向性結合部の２本の光導波路の両外側の近傍に配置された第一の方向性結合部外側電極と、前記方向性結合部の２本の光導波路の間に配置される第一の方向性結合部中間電極とを備え、前記第一の電極および前記第二の電極が前記第一の方向性結合部外側電極に電気的に接続され、前記第三の電極が前記第一の方向性結合部中間電極に電気的に接続されていることを特徴とする導波路型光制御デバイスを提供する。
【００２０】
この構成によれば、位相シフト器と共通の光導波路を用いる第一の方向性結合器は、２本の光導波路の両外側の近傍に配置された第一の方向性結合部外側電極と２本の光導波路の間に配置される第一の方向性結合部中間電極を備え、これらに位相シフト器の第一，第二，および第三の電極が電気的に接続されている。したがって、位相シフト器における電極間に印加した電圧によって、位相シフト器に電界が付与されると同時に第一の方向性結合器にも電界が付与され、方向性結合器のそれぞれにおける屈折率が制御される。この結果、等価的に結合長Ｌが調整されるため、消光比の悪化が改善される。また、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要とせず、間隔をとる必要がないので、導波路型光制御デバイスのサイズが大きくなることも、制御系を複雑にすることもない。
【００２１】
上記の目的を達成するために、本発明は、第５の特徴として、２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第三の電極とを含む位相シフト器と、前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波路から入力された信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、前記第二の方向性結合器は、方向性結合部の２本の光導波路の両外側の近傍に配置された第二の方向性結合部外側電極と、方向性結合部の２本の光導波路の間に配置される第二の方向性結合部中間電極とを備え、前記第一の電極および前記第二の電極が前記第二の方向性結合部外側電極に電気的に接続され、前記第三の電極が前記第二の方向性結合部中間電極に電気的に接続されていることを特徴とする導波路型光制御デバイスを提供する。
【００２２】
この構成によれば、位相シフト器と共通の光導波路を用いる第二の方向性結合器は、２本の光導波路の両外側の近傍に配置された第二の方向性結合部外側電極と２本の光導波路の間に配置される第二の方向性結合部中間電極を備え、これらに位相シフト器の第一，第二，および第三の電極が電気的に接続されている。したがって、位相シフト器における電極間に印加した電圧によって、位相シフト器に電界が付与されると同時に第二の方向性結合器にも電界が付与され、方向性結合器のそれぞれにおける屈折率が制御される。この結果、等価的に結合長Ｌが調整されるため、消光比の悪化が改善される。また、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要としないので間隔をとる必要がなく、導波路型光制御デバイスのサイズが大きくなることも、制御系を複雑にすることもない。
【００２３】
上記の目的を達成するために、本発明は、第６の特徴として、２本の光導波路の両外側および前記２本の光導波路の間に形成された電極を有する第一の電極部が近接配置された位相シフト器と、前記２本の光導波路に連結された光導波路を部分的に近接平行させて構成されると共に、前記位相シフト器の入力側に設けられる光分岐部または出力側に設けられる光結合部の少なくとも一方に用いられる方向性結合器とを備え、前記位相シフト器の前記両外側の電極と前記導波路の間に形成された前記電極との間に印加された電圧に応じて前記２本の光導波路の屈折率を変化させることにより通過光の減衰量を制御する可変光減衰器において、前記方向性結合器内の前記２本の光導波路の両外側および前記光導波路の間に設けられた電極を有し、これらの電極が前記２本の光導波路の長手方向に隣接する前記第一の電極部の各電極に電気的に接続されると共に、前記第一の電極部に印加された電圧が印加される第二の電極部を備えることを特徴とする可変光減衰器を提供する。
【００２４】
この構成によれば、光分岐部または光結合部に用いられる方向性結合器は、その領域内に２本の光導波路の両外側および光導波路間のそれぞれに配置した３つの電極を持つ第二の電極部を有しており、この電極部の各電極を位相シフト器の第一の電極部の３つの電極のそれぞれに個別および電気的に接続することにより、位相シフト器の第一の電極部に印加した電圧は、同時に方向性結合器の第二の電極部の電極に印加されるため、方向性結合器における屈折率が位相シフト器に印加した電圧により制御され、光導波路を通過する信号光の減衰量が制御される。また、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要としないので間隔をとる必要がなく、可変光減衰器のサイズが大きくなることも、制御系（減衰量制御回路）を複雑にすることもない。
【００２５】
上記の目的を達成するために、本発明は、第７の特徴として、１または互いに異なる波長の複数の信号光を含む波長多重信号光が入力され、該波長多重信号光を分波して分波信号光をそれぞれ出力する光合波器と、前記分波信号光に選択的に所定の減衰量の光減衰をさせ、減衰信号光を出力する請求項２１記載の可変光減衰器と、前記可変光減衰器による前記減衰信号光を合波する光合波器とを備えていることを特徴とする光イコライザ装置を提供する。
【００２６】
この構成によれば、入力された波長多重信号光を分波する光合波器、この光合波器の出力信号光に所定の光減衰を施す可変光減衰器、および各可変光減衰器からの信号光を合波する光合波器より構成されている。そして、上記本発明の第６の特徴で説明したように、可変光減衰器は、位相シフト器および方向性結合器の双方に介在する電極が個別に隣接する電極に電気的に接続されているため、位相シフト器に印加された電圧により同時に方向性結合器にも電界が付与され、光導波路を通過する信号光の減衰量を制御できるので、信号光のレベル合わせが可能になる。このように、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要としないので間隔をとる必要がなく、また、印加電圧を共用できる結果、可変光減衰器の小型化が図れ、光イコライザ装置の大型化を招くことがない。
【００２７】
上記の目的を達成するために、本発明は、第８の特徴として、１または互いに異なる波長の複数の信号光を含む波長多重信号光が入力され、該波長多重信号光を分波して分波信号光をそれぞれ出力する光分波器と、前記分波信号光から選択的に所定の波長の信号光を分離する波長可変フィルタと、前記波長可変フィルタを通過した前記分波信号光に選択的に所定の減衰量の光減衰をさせ、減衰信号光を出力する請求項２１記載の可変光減衰器と、前記可変光減衰器からの前記減衰信号光または外部からの挿入信号光のいずれかを選択して出力するフィルタと、前記フィルタから出力される前記減衰信号光または前記挿入信号光を合波する光合波器とを備えていることを特徴とする光挿入分離装置を提供する。
【００２８】
この構成によれば、光分波器によって分波された信号光のそれぞれに対して波長可変フィルタにより選択的に所定の波長の信号光が分離され、ついで可変光減衰器により所望の光減衰が行われる。可変光減衰器からの信号光または外部からの挿入信号光が、フィルタにより選択して出力され、各フィルタからの信号光が光合波器で合波され、波長多重信号光となって出力される。可変光減衰器は、位相シフト器の第一の電極部および方向性結合器の第二の電極部が電気的に接続され、電極に印加する電圧の共用が行える結果、電極配置スペースの最小化、および制御系の簡略化により可変光減衰器の小型化が図れ、よって光イコライザ装置の小型化を図ることができる。
【００２９】
上記の目的を達成するために、本発明は、第９の特徴として、２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第三の電極とを含む位相シフト器と、前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波路から入力される信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、前記第一の電極と前記第二の電極のいずれか少なくとも１の電極、および前記第三の電極が前記第一の方向性結合器または前記第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸し、かつ前記第三の電極から延伸した電極部分が前記２本の光導波路の一方に対して縦方向の電界を付与しうるように形成されていることを特徴とする導波路型光制御デバイスを提供する。
【００３０】
この構成によれば、位相シフト器の第一，第二，および第三の電極は、共通の光導波路を用いる第一の方向性結合器または第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸し、しかも、第三の電極の方向性結合器における延伸部分は、光導波路の一方に対して縦方向の電界を付与するように設けられている。したがって、位相シフト器の電極に印加した電圧は位相シフト器に電界を付与すると同時に第一または第二の方向性結合器にも垂直方向（電極厚み方向）から付与され、屈折率が制御される。縦方向の電界を付与できることにより、同一電圧のときには強い電界を付与でき、同一電界のときには低い印加電圧にすることができる。また、等価的に結合長Ｌが調整されるので、消光比の悪化が改善される。さらに、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要としないので間隔をとる必要がなく、導波路型光制御デバイスのサイズが大きくなることも、制御系を複雑にすることもない。
【００３１】
上記の目的を達成するために、本発明は、第１０の特徴として、基板内に位相シフト器および少なくとも１の方向性結合器が構成されるように２本の光導波路を形成し、前記位相シフト器から前記方向性結合器の一部に及ぶように第一の電極および第二の電極を前記２本の光導波路の両外側に形成すると共に、前記位相シフト器から前記方向性結合器の一部に及ぶように第三の電極を前記２本の光導波路の間に形成し、同時に、前記第二および第三の電極の端部に複数の独立した電極片を所定間隔に形成しまたはヒューズで縦続接続された状態に複数の電極片を所定間隔に形成し、前記方向性結合器の特性が所望の値になるように、前記複数の独立した電極片の必要数を内側からボンディングワイヤで順次接続し、または縦続接続された前記複数の電極片の前記ヒューズを外側から順次溶断することを特徴とする導波路型光制御デバイスの製造方法を提供する。
【００３２】
この方法によれば、２本の光導波路により位相シフト器と少なくとも１の方向性結合器を形成した後、それぞれに第一，第二，および第三の電極を所定の領域に形成し、方向性結合器においては第一および第二の電極の端部に複数の電極片をヒューズにより相互に接続し、或いはボンディングワイヤで接続するようにしたので、第一および第二の電極の長さを微調整、すなわち特性を最良となるようにチューニングすることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の導波路型光制御デバイスの第１の実施の形態を示す。以下の各実施の形態においては、いずれも導波路型光制御デバイスとして可変光減衰器をとりあげて説明する。
第一の方向性結合器２、位相シフト器３（位相シフト部）、および第二の方向性結合器４が直列にＬＮ基板（図示せず）上に配置され、これらを貫通するように光導波路１ａ，１ｂが平行状態に設けられており、第一の方向性結合器２および第二の方向性結合器４の位置においては、方向性結合器が形成されるように間隔が狭められている。さらに、第一の方向性結合器２、位相シフト器３、および第二の方向性結合器４に及ぶようにして、第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３がＬＮ基板上に設けられている。
【００３４】
すなわち、光導波路１ａの外側には第一の電極５１が設けられ、光導波路１ｂの外側には第二の電極５２が設けられ、光導波路１ａと１ｂの間には第三の電極５３が設けられている。換言すれば、図１４の従来構成における第一の電極３ａ、第二の電極３ｂ、および第三の電極３ｃが、第一の方向性結合器２および第二の方向性結合器４に入る様に延伸した構成になっている。第一の電極５１および第二の電極５２と、第三の電極５３の間には、バイアス電圧５４が直流電源５５によって印加される。第一の電極５１と第二の電極５２には正（＋）電圧が印加され、第三の電極５３には負（−）電圧が印加される。
【００３５】
図１の構成において、位相シフト器３に介在している第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３の３つの電極の組み合わせを第一の電極部とし、第一の方向性結合器２に介在している第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３の３つの電極の組み合わせを第二の電極部とし、更に、第一の方向性結合器２に介在している第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３の３つの電極の組み合わせを第三の電極部とする。
【００３６】
次に、上記第１の実施の形態の動作について説明する。
光導波路１ａの入力端から入力された信号光は、第一の方向性結合器２において光導波路１ａと光導波路１ｂに５０％の比率（割合）で分岐された後、位相シフト器３に入力される。位相シフト器３は、第一の電極５１と第二の電極５２に印加されたバイアス電圧５４に応じて動作する。すなわち、バイアス電圧５４が加えられていないときには、光導波路１ａと１ｂに分岐された信号光が互いに同位相で第二の方向性結合器４に入力され、入力光の全てが光導波路１ｂの出力端から出光する。そして、バイアス電圧５４を０Ｖから或る電圧に増加すると、光導波路１ａおよび１ｂの屈折率が変化し、光導波路１ａと１ｂを進む信号光の伝搬速度が変化する。
【００３７】
バイアス電圧５４は、光導波路１ａと１ｂとでは互いに逆方向に加えられるので、位相シフト器３の光導波路１ａと１ｂを進む信号光に速度差が生じ、光導波路１ａと１ｂの各信号光は異なる位相により第二の方向性結合器４に入力する。このため、第二の方向性結合器４の分岐比率（結合率）は５０％づつの値からずれることになり、それまで第二の方向性結合器４の光導波路１ｂの出力端からのみ出力されていた信号光の一部が、光導波路１ａからも出力されるようになる。さらに、バイアス電圧５４が、３０〜５０Ｖ程度になると、ほぼ全ての信号光が光導波路１ａから出力されるようになる。このように、バイアス電圧５４を適当な値に設定することにより、所望の光減衰量にされた光出力信号を得ることができる。
【００３８】
段落番号〔０００６〕で説明したように、バイアス電圧５４を加えないとき、または３０〜５０Ｖ程度の高い電圧を加えたときに、全ての信号光を第二の方向性結合器４の光導波路１ａまたは光導波路１ｂのいずれかより出力させるためには、方向性結合器の光導波路１ａと１ｂの近接した部分の長さ（結合長Ｌ）を正確に完全結合長Ｌｃの１／２にして、第一の方向性結合器２と第二の方向性結合器４の分岐比率（結合率）を正確に５０％にする必要がある。分岐比率が５０％からずれると、第二の方向性結合器４の出力端において他方の導波路への漏れが大きくなり、最小減衰量と最大減衰量の比（消光比）が悪くなる。
【００３９】
しかし、本発明によれば、３本の電極により構成された電極部を第一の方向性結合器２および第二の方向性結合器４にも設けたため、これら方向性結合器内の光導波路にも電界が付与され、方向性結合器２，４のそれぞれの伝搬定数を調整できるようになるので、等価的に結合長Ｌが調整可能になる。すなわち、第一の方向性結合器２の光導波路１ａと１ｂの近接した部分に各々逆向きの電圧を加えることにより、第一の方向性結合器２内を伝搬する信号光に速度差が生じることになり、等価的に光導波路１ａと１ｂの伝搬定数（βａ、βｂ）を変化させることができる。
【００４０】
図２は、従来構成と本発明の特性の比較結果を示す。
図２の（ａ）の特性は図１４に示した従来構成による特性であり、図２の（ｂ）の特性は図１に示した本発明の導波路型光制御デバイスによる特性である。（ａ）の従来特性においては、最大減衰量（＝挿入損失）は１３ｄＢが限度である。これに対して、（ｂ）の本発明特性は、電極に印加する電圧を０〜数十Ｖの範囲としたとき、その最大減衰量は２０ｄＢに達しており、特性が顕著に改善されていることがわかる。
【００４１】
図３は第一の方向性結合器２にバイアス電圧５４を印加しないときと、したときの伝搬定数の変化を示す。
図３の（ａ）に示すように、第一の電極５１，５２と第三の電極５３の間にバイアス電圧を印加しないときの方向性結合器における伝搬定数はβａとβｂである。しかし、電極に電圧を印加すると、図３の（ｂ）に示すように、伝搬定数は（βａ−Δβ）と（βｂ＋Δβ）になる。この結果、結合長Ｌは、（Ｌ−ΔＬ）になり、等価的に第一の方向性結合器２の結合長Ｌが調整される。
【００４２】
図３においては、第一の方向性結合器２について説明したが、第二の方向性結合器４についても同様であることは言うまでもない。このようにして、それぞれの方向性結合器の結合長Ｌを調整すれば、分岐比率（結合率）を正確に５０％づつにすることが可能になる。第一の方向性結合器２（または、第二の方向性結合器４）に加えられる電圧は、位相シフト器３に加えられる電圧と同一であるため、本発明の光可変減衰器のダイナミックレンジの全ての領域において最適化されているわけではない。しかし、実際に使用する領域（バイアス電圧５４が０〜約５０Ｖの範囲）において実用上十分な最小減衰量と最大減衰量の比（消光比）を確保できることを、本発明者らは確認している。
【００４３】
以上の構成による導波路型光制御デバイスは、等価的に結合長Ｌが調整されるため、消光比の悪化を改善することができる。また、電極数が全体で３枚で済むため、図１４の従来構成のようにデバイスサイズが大きくなることもなく、したがって制御系が複雑になることもない。
【００４４】
〔第２の実施の形態〕
図４は、本発明の第２の実施の形態を示す。
本実施の形態は、第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３を設ける構成に変わりはないが、各電極の位置を光導波路１ａ，１ｂに対して直交する方向（図示の右または左の方向）にオフセットを与えたところに特徴がある。図４では、矢印方向（光導波路１ｂ側）にシフトさせている。このような配置によっても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。この結果、光導波路１ａ，１ｂに対して電極５１〜５３を厳密に位置決めしなくとも済むので、製品ばらつきの低減、および歩留りの向上が可能になる。
【００４５】
図５は、図３の可変光減衰器における消光比特性を示す。図５の（ａ）は各電極を右方向にオフセットした場合であり、図５の（ｂ）は各電極を左方向にオフセットした場合である。このように、電極を左右のいずれかに移動（オフセット）させることにより、光パワーの出力状態を自由に変えることができる。そして、図５から明らかなように、実際に使用する領域（印加電圧＝バイアス電圧５４が０〜約±５０Ｖ）において、実用上十分な最小減衰量と最大減衰量の比（消光比）を確保することができる。図５の（ａ）と（ｂ）を比較した場合、印加電圧を０〜＋５０Ｖの範囲で用いる場合には（ａ）の特性が適し、０〜−５０Ｖの範囲で用いる場合には（ｂ）の特性が適している。
【００４６】
〔第３の実施の形態〕
図６は、本発明の第３の実施の形態を示す。
本実施の形態は、第一の電極５１と第二の電極５２の形状を異ならせたところに特徴がある。すなわち、光導波路１ａ，１ｂの中心線５６を中心にして第一の電極５１と第二の電極５２の長さが非対称（第二の電極５２が第一の電極５１よりも長さが短い）になるようにし、第一の電極５１，５２と第三の電極５３の間にバイアス電圧５４を印加する構成にしている。本実施の形態においては、第二の電極５２の長さを調整することにより、伝搬定数βｂをβｂ′に変更することができる。これにより、光導波路１ａと１ｂとで異なる伝搬定数βを得ることができる。したがって、可変光減衰器の場合であれば、光導波路１ａと１ｂとで異なる光量減衰値に制御することができる。
【００４７】
〔第４の実施の形態〕
図７は、本発明の第４の実施の形態を示す。
本実施の形態も第一の電極５１と第二の電極５２の形状を異ならせたところに特徴がある。具体的には、第二の電極５２の長さを位相シフト器３の光導波路１ｂの直進部の長さと同じにし、全体の形状を四角形にしている。この場合もバイアス電圧５４は、第一の電極５１と第三の電極５３の間に印加する。
【００４８】
図７の場合、第二の電極５２は光導波路１ｂの第一の方向性結合器２および第二の方向性結合器４に及んでいないため、図１４の光導波路１ｂにおける従来の電極配置と同じになる。つまり、本実施の形態は、光導波路１ａに対してのみ３つの電極５１〜５３を有効にでき、方向性結合器２，４における光導波路１ｂには電界が付与されない。この構成は、消光比が光導波路１ａと１ｂの一方についてのみ改善されれば良いという場合に効果がある。さらに、光導波路１ａと１ｂの一方の電極を小さくできる構成のため、導波路型光制御デバイスの専有面積を小さくすることができる。
【００４９】
〔第５の実施の形態〕
図８は、本発明の第５の実施の形態を示す。
本実施の形態が前記各実施の形態と異なるところは、各電極の長さを位相シフト器３の長さをやや越える程度にしたところにある。すなわち、各電極の端部が第一の方向性結合器２および第二の方向性結合器４に入り込む程度としている。この場合のバイアス電圧５４の印加方法は前記各実施の形態と同一である。
本実施の形態によれば、第１の実施の形態に比べ、結合率を調整する能力はやや劣るが、電極面積を小さくできるので、導波路型光制御デバイスの小型化が可能になる。
【００５０】
〔第６の実施の形態〕
図９は、本発明の第６の実施の形態を示す。
本実施の形態は図８の実施の形態の変形例であり、図８の構成に図４の構成を加味したものである。すなわち、第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３を光導波路１ａ，１ｂの中心線５６に対し、オフセットさせた構成にしている。図９では、図示の右側にシフトさせている。なお、各電極へのバイアス電圧５４の印加は、図８と同じである。この構成によれば、図８と図４の特徴を併せ持ち、電極配置の自由度が得られるほか、電極面積が小さくなるために導波路型光制御デバイスの小型化を図ることができる。
【００５１】
図１０は、図９の実施の形態における消光比（最小減衰量と最大減衰量）特性を示す。３つの電極を同時に中心から右または左にオフセットした場合である。図１０から明らかなように、実用上十分な最小減衰量と最大減衰量の比（消光比）が得られることがわかる。
【００５２】
〔第７の実施の形態〕
図１１は、本発明の第７の実施の形態を示す。
本実施の形態は、図１の実施の形態において、第一の電極５１の両端を複数の電極片５１ａ，５１ｂ，５１ｅ，５１ｄに分割し、これ以外の電極部分を主電極５１ｃとし、同様に第二の電極５２の両端を複数の電極片５２ａ，５２ｂ，５２ｄ，５２ｅに分割し、これ以外の電極部分を主電極５２ｃとしている。方向性結合器のそれぞれにおいて、電極片の必要数を電気的に縦続接続する。ここでは、ボンディングワイヤ６ａ，６ｂにより主電極５１ｃと電極片５１ａ，５１ｂ，５１ｅ，５１ｄを接続し、ボンディングワイヤ７ａ，７ｂにより主電極５２ｃと電極片５２ａ，５２ｂ，５２ｄ，５２ｅを縦続接続している。このような構成により、第一の電極５１および第二の電極５２の方向性結合器における長さを微調整することが可能になるため、最良の特性が得られるようにチューニングすることができる。
【００５３】
なお、図１１の構成においては、ボンディングワイヤを用いて電極片相互の接続、および電極片と主電極との接続を行ったが、各電極片間および主電極との接続を予めヒューズとして機能する細線で接続しておき、必要に応じて外側の電極片のヒューズからレーザビーム等により溶断し、電極片の接続数を必要に応じて減らす構成にしてもよい。
【００５４】
〔第８の実施の形態〕
図１２は、本発明の第８の実施の形態を示す。本実施の形態は、図１の構成において、第三の電極５３を光導波路１ｂ上に配置し、第三の電極５３と光導波路１ａが部分的（または全部）に厚み方向（垂直方向）の重なりをもたせ、光導波路に縦電界が付与されるようにしたものである。ここでは、光導波路１ｂ上に第三の電極５３を設けるものとしたが、光導波路１ａ側に設けてもよい。図１２の構成によれば、光導波路と１ｂと第三の電極５３の距離が近づくため、電圧印加時の電界を強めることができ、したがって感度を上げることができる。
【００５５】
図１３は、図１２のＡ−Ａ断面を示す。ここでは、（ａ）〜（ｄ）の４つの構造例について説明する。なお、第一の方向性結合器２における断面を示したが、第二の方向性結合器４においても全く同じである。図１３の（ａ）は第１の構造例を示し、ＬｉＮｂＯ３ （ニオブ酸リチウム：ＬＮ）基板５６の表面近傍に光導波路１ａ，１ｂを設けた後、ＬｉＮｂＯ３ 基板５６および光導波路１１ｂの表面に第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３を設ける。この構成は、方向性結合器の厚みを薄くできる利点を有するが、光が吸収され易いので挿入損失が増えることは避けられない。
【００５６】
図１３の（ｂ）は第２の構造例を示し、ＬｉＮｂＯ３ 基板５６の表面近傍に光導波路１ａ，１ｂを設けた後、ＬｉＮｂＯ３ 基板５６および光導波路１ｂの表面に、誘電体膜（酸化膜：ＳｉＯ２ 、ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ等）や半導体膜（Ｓｉ等）によるバッファ層５７が設けられる。更に、バッファ層５７の表面には、上から見て図１２の配置になるように、第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３が設けられる。この構成は、図１３の（ａ）に比べ、バッファ層５７を設けたことにより、光の吸収が抑えられるため、挿入損失を小さくすることができる。
【００５７】
図１３の（ｃ）は第３の構造例を示し、ＬｉＮｂＯ３ 基板５６の表面近傍に光導波路１ａ，１ｂを設けると共に、ＬｉＮｂＯ３ 基板５６の裏面に第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３が設けられる。この場合の３つの電極は、第２の構造例における電極配置を投影させた位置に設けられる。この構造では、ＬｉＮｂＯ３ 基板５６の厚みに応じて光導波路１ａ，１ｂと各電極との間隔（距離）を自由に設定、すなわち感度等を自由に設定できる利点がある。
【００５８】
図１３の（ｄ）は第４の構造例を示し、ＬｉＮｂＯ３ 基板５６の表面近傍の所定位置に光導波路１ａ，１ｂを設けた後、第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３を設ける部位にエッチング等により溝５８を形成する。この場合、第三の電極５３は光導波路１ｂ内に埋め込むことはできないので、光導波路１ｂに隣接する部位に設けられる。そして、溝５８内に第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３が設けられる。この構成においては、各電極は光導波路１ａ，１ｂと同一平面上に形成される。なお、溝５８を先に形成して各電極を設け、ついで光導波路１ａ，１ｂを設ける製造手順にしてもよいし、溝５８を設けてから光導波路１ａ，１ｂを設け、ついで電極を設ける製造手順にしてもよい。
なお、図１３の４つの構造例は、電極の位置、配置、形状等が異なるのみで上記した他の実施の形態にも同様の構造をもたせることができる。
【００５９】
〔第９の実施の形態〕
図１８は、本発明による導波路型光制御デバイスを用いた光イコライザ装置の構成を示す。
この光イコライザ装置は、光伝送路の途中に設けられ、入力光を波長の異なる複数の信号光に分波する光分波器としてのデマルチプレクサ（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ）１０１、その各々の出力光の減衰量を調整してレベル合わせを行う複数の可変光減衰器１００、この可変光減衰器１００のそれぞれからの信号光を合波する光合波器としてのマルチプレクサ（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ）１０２、および可変光減衰器１００の減衰量を制御するための減衰量制御回路１１０を備えて構成されている。可変光減衰器１００には、上記した各実施の形態に示した導波路型光制御デバイスが用いられ、デマルチプレクサ１０１には図１に示した光導波路１ａが接続され、マルチプレクサ１０２には光導波路１ｂが接続される。また、減衰量制御回路１１０は、図１に示した直流電源およびその出力電圧を可変する電圧可変回路を備えている。デマルチプレクサ１０１により分波された信号光のそれぞれの減衰量を可変光減衰器１００および減衰量制御回路１１０で調整することにより、相互間のレベル合わせを行うことができる。上記したように、本発明の導波路型光制御デバイス（可変光減衰器１００）は小型化が図れるため、図１８の構成にあって、デマルチプレクサ１０１やマルチプレクサ１０２との組み合わせを行っても装置の大型化を招くことがない。
【００６０】
さらに、減衰量制御回路１１０により、可変光減衰器１００のそれぞれから出力すべき信号光のレベルが予め設定したレベル差になるように制御することもできる。例えば、光増幅器の利得の波長依存性や伝送路損失の波長依存性を考慮して光レベル差を設定しておくことにより、光増幅器の利得の波長依存性や伝送路損失の波長依存性を改善することができる。
【００６１】
〔第１０の実施の形態〕
図１９は、本発明による導波路型光制御デバイスを適用した光挿入分離装置の構成を示す。
この光挿入分離装置は、或る距離をもって敷設された光伝送線路の途中に設けられている。光分波器としてのデマルチプレクサ１０１に入力される多重信号光は不図示の光増幅器で増幅された後、デマルチプレクサ１０１によって分波される。分波された信号のそれぞれは、１×２光スイッチ１０３の切り替えに応じてドロップされ（外部に取り出され）、或いは、ドロップせずに出力側へ送られる。出力側に送られた信号光は、可変光減衰器１００と減衰量制御回路１１０により光減衰量の調整が行われ、チャンネル毎の出力レベルが揃えられる。可変光減衰器１００には、上記した各実施の形態に示した導波路型光制御デバイスを用いることができる。可変光減衰器１００のそれぞれからの信号光は光合波器としてのマルチプレクサ１０２により多重光に合波され、光伝送路へ出力される。また、２×１光スイッチ１０４がＡｄｄ側に切り替えられた場合、アド端から取り込まれた光情報が２×１光スイッチ１０４に入力され、デマルチプレクサ１０１から取り込まれた多重信号光に合波（Ａｄｄ）される。この光挿入分離装置においても、導波路型光制御デバイスを可変光減衰器１００に用いることにより小型化が図れるため、デマルチプレクサ１０１やマルチプレクサ１０２との組み合わせを行っても装置の大型化を招くことがない。
【００６２】
〔第１１の実施の形態〕
図２０は、本発明による導波路型光制御デバイスを適用した光挿入分離装置の他の構成を示す。
この光挿入分離装置は、図１９の構成において、光分波器としての１×２光スイッチ１０３を波長可変フィルタ１０５に代え、光合波器としての２×１光スイッチ１０４をフィルタ１０６に代えたものである。波長可変フィルタ１０５は、デマルチプレクサ１０１により分波された信号光から選択的に所定の波長の信号光を分離する。この波長可変フィルタ１０５の出力光に対して可変光減衰器１００と減衰量制御回路１１０によって所定の減衰を行う。さらに、可変光減衰器１００の信号光出力または外部から挿入された信号光をフィルタ１０６で選択し、これをマルチプレクサ１０２に入力する。マルチプレクサ１０２は、他のフィルタ１０６から出力された信号光を合波して出力する。この光挿入分離装置においても、導波路型光制御デバイスを可変光減衰器１００に用いることにより小型化が図れるため、波長可変フィルタ１０５やフィルタ１０６との組み合わせを行っても装置の大型化を招くことがないので、小型化および軽量化を図ることができる。
【００６３】
この構成においても、減衰量制御回路１１０により、可変光減衰器１００のそれぞれから出力すべき信号光のレベルが予め設定したレベル差になるように制御することもできる。例えば、光増幅器の利得の波長依存性や伝送路損失の波長依存性を考慮して光レベル差を設定しておくことにより、光増幅器の利得の波長依存性や伝送路損失の波長依存性を改善することができる。
【００６４】
上記した第２および第３の実施の形態においては、第１の実施の形態の電極構成に対し、第二の電極５２側の形状を異ならせるものとしたが、逆に、第一の電極５１側の形状を異ならせるようにしてもよい。さらに、図１８〜図２０の構成は、相互に組み合わせた（混在した）構成が可能であるほか、図１８〜図２０の３種の構成の内の２種又は全種を含んでいてもよい。また、図１８〜図２０においては、デマルチプレクサ１０１に接続される可変光減衰器の全てが同一構成である必要はなく、上記した導波路型光制御デバイスのバリエーションが混在していてもよい。
【００６５】
また、上記各実施の形態においては、いずれも導波路型光制御デバイスとして可変光減衰器をとりあげたが、本発明は可変光減衰器に限定されるものではなく、電極に印加する電圧に応じて光導波路を通過する光を制御する全ての導波路型光制御デバイスに適用することができる。例えば、光導波路を用いて構成された光スイッチ、光強度変調器等に適用することができる。
【００６６】
さらに、上記実施の形態においては、位相シフト部の入力側に設けられる光分岐部または出力側に設けられる光結合部のそれぞれに方向性結合器を設ける構成を示したが、どちらか一方のみに設ける構成であってもよい。例えば、方向性結合器を用いなかった側には、Ｙ分岐器を用いることができる。具体的には、Ｙ分岐器を光分岐部に用い、光結合部に本発明にかかる方向性結合器を用いて１入力２出力の構成、或いは、光分岐部に本発明にかかる方向性結合器を用い、光結合部にＹ分岐器を用いて２入力１出力の構成がある。いずれの構成も、方向性結合器で問題であった製造精度（歩留り）を改善できるため、方向性結合器の使用数が少ない分だけ有利になる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の導波路型光制御デバイスによれば、位相シフト部の電極部に印加した電圧が同時に少なくとも１つの方向性結合器の各電極部の電極に印加される構成にしたので、方向性結合器のために別途制御系を設けることなく、方向性結合器における屈折率を制御できるようになり、等価的に結合長Ｌが調整されるため、消光比の悪化が改善される。また、電極数が位相シフト器と変わらないので、デバイスのサイズが大きくならないので導波路型光制御デバイスの小型化が可能になるほか、制御系が複雑になることがなく、制御も簡単になる。
【００６８】
また、本発明の可変光減衰器によれば、方向性結合器が２本の光導波路の両外側および光導波路間のそれぞれに配置した３つの電極を持つ第二の電極部を備え、この電極部の各電極を位相シフト器の第一の電極部の３つの電極のそれぞれに個別および電気的に接続し、位相シフト器の第一の電極部に印加した電圧が同時に方向性結合器の第二の電極部の電極に印加されるように構成し、方向性結合器における屈折率が位相シフト器に印加した電圧により制御され、光導波路を通過する信号光の減衰量が制御されるように構成したので、可変光減衰器のサイズの小型化が図れ、制御系（減衰量制御回路）を複雑にすることもない。
【００６９】
さらに、本発明の光イコライザ装置及び光挿入分離装置によれば、光分波器と光合波器の間に、位相シフト器と方向性結合器のそれぞれの電極部に共用の制御電圧を印加する構成の可変光減衰器を配置し、この可変光減衰器により光減衰量を制御して光分波された各信号光のレベル合わせが行えるようにしたので、可変光減衰器の小型化が図れ、光イコライザ装置や光挿入分離装置の大型化を招くことがない。
【００７０】
また、本発明の導波路型光制御デバイスによれば、位相シフト器の第一，第二，および第三の電極は、共通の光導波路を用いる第一の方向性結合器または第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸し、しかも、第三の電極の方向性結合器における延伸部分は、光導波路の一方に対して縦方向の電界を付与するように設けられているため、位相シフト器の電極に印加した電圧により第一または第二の方向性結合器に垂直方向（電極厚み方向）から屈折率を制御するための電界が付与され、同一電圧のときには強い電界を付与でき、同一電界のときには印加電圧を低くすることができる。更に、等価的に結合長Ｌが調整されるので、消光比の悪化が改善され、また、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要としないので間隔をとる必要がなく、導波路型光制御デバイスのサイズが大きくなることも、制御系を複雑にすることがない。
【００７１】
さらに、本発明の導波路型光制御デバイスの製造方法によれば、２本の光導波路により位相シフト器及び方向性結合器を形成した後、それぞれに第一，第二，および第三の電極を所定の領域に形成すると共に、方向性結合器においては第一および第二の電極の端部に複数の電極片をヒューズにより相互に接続し、或いはボンディングワイヤで接続することにより、第一，第二の電極の長さを微調整して電界形成領域を可変できるようになる。この結果、最良の特性が得られるようなチューニングが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導波路型光制御デバイスの第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】従来構成と本発明の特性の比較結果を示す特性図である。
【図３】第一の方向性結合器にバイアス電圧を印加しないときと、印加したときの伝搬定数の変化を示す特性図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す平面図である。
【図５】図１の導波路型光制御デバイスにおける消光比特性を示す特性図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す平面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示す平面図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態を示す平面図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態を示す平面図である。
【図１０】図９の実施の形態における消光比特性を示す特性図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態を示す平面図である。
【図１２】本発明の第８の実施の形態を示す平面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ断面を示し、（ａ）〜（ｅ）は第１〜第４の構造例を示す断面図である。
【図１４】従来の方向性結合器型マッハツェンダ（ＭＺ）構成の導波路型光制御デバイスの構成を示す平面図である。
【図１５】方向性結合器のギャップと結合長を示す模式図である。
【図１６】製造パラメータによる特性の相違を示す特性図である。
【図１７】従来の他の導波路型光制御デバイスを示す平面図である。
【図１８】本発明による導波路型光制御デバイスを用いた光イコライザ装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明による導波路型光制御デバイスを適用した光挿入分離装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明による導波路型光制御デバイスを適用した光挿入分離装置の他の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ 光導波路
２ 第一の方向性結合器
３ 位相シフト器
４ 第二の方向性結合器
５１ 第一の電極
５１ａ，５１ｂ，５１ｄ，５１ｅ 電極片
５１ｃ，５２ｃ 主電極
５２ 第二の電極
５２ａ，５２ｂ，５２ｄ，５２ｅ 電極片
５３ 第三の電極
５４ バイアス電圧
５５ 直流電源
５６ ＬｉＮｂＯ３ 基板
５７ バッファ層
５８ 溝
１００ 可変光減衰器
１０１ デマルチプレクサ
１０３ １×２光スイッチ
１０５ 波長可変フィルタ
１０６ フィルタ
１１０ 減衰量制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路型光制御デバイスおよびその製造方法に関し、特に、方向性結合器型マッハツェンダ構成にあって、その構成を複雑にすることなく最小減衰量と最大減衰量の比（消光比）を改善することが可能な導波路型光制御デバイスおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導波路型光制御デバイスは、集積化および低消費電力化に適していることから、光スイッチや光変調器への利用が検討されている。また、近年、高密度波長分割多重伝送（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｅｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＤＷＤＭ）の普及に伴い、波長多重時における各波長の光パワーを揃えるための手段、或いは、伝送路において任意の波長を選択して挿抜する光ＡＤＭ（Ａｄｄ Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ：多重分離装置）の光部品として、可変光減衰器の必要性が高まってきている。その中でも、小型化、低電圧化および低消費電力化に有利なＬｉＮｂＯ３ （ニオブ酸リチウム：ＬＮ）基板上に、２つの方向性結合器を設け、その間に位相シフタを形成した方向性結合器型マッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ：ＭＺ）構成の可変光減衰器が実用化されつつある。
【０００３】
図１４は、方向性結合器型マッハツェンダによる従来の導波路型光制御デバイスの構成を示す。ここでは、導波路型光制御デバイスとして、可変光減衰器を例示している。
方向性結合器型マッハツェンダによる可変光減衰器は、不図示のＬＮ基板上に平行状態に形成された光導波路１ａ，１ｂ、光導波路１ａ，１ｂ内に設けられた第一の方向性結合器２、この第一の方向性結合器２に隣接して設けられた位相シフト器３、この位相シフト器３に隣接して設けられた第二の方向性結合器４を備えて構成されている。位相シフト器３は、第一の電極３ａ、第二の電極３ｂ、および第三の電極３ｃを備えて構成され、第三の電極３ｃを共通電極とし、この電極に（−）電圧、第一の電極３ａと第二の電極３ｂに（＋）電圧を直流電源３ｄから印加し、電界を生じさせる。
【０００４】
次に、図１４の導波路型光制御デバイス（可変光減衰器）の動作について説明する。光導波路１ａの端部から入力された信号光は、第一の方向性結合器２において、５０％の比率により光導波路１ａと１ｂに分岐され、さらに位相シフト器３に入力される。位相シフト器３は、直流電源３ｄからの印加電圧３１の大きさに応じた動作をする。まず、印加電圧３１が加えられていない場合、光導波路１ａと１ｂに分岐された信号光は、互いに同位相で第二の方向性結合器４に入力し、その光導波路１ｂの出力端から全ての光が出光し、光導波路１ａからは出力されない。
【０００５】
次に、印加電圧３１を０Ｖから上げていくと、光導波路１ａと１ｂの屈折率が変化し、光導波路１ａと１ｂを進む信号光の伝搬速度が変化する。光導波路１ａと１ｂに印加される電圧は互いに逆方向であるため、位相シフト器３の光導波路１ａと１ｂを進む信号光に速度差が生じる。この結果、光導波路１ａと１ｂの各信号光は、異なる位相で第二の方向性結合器４に入力する。このため、第二の方向性結合器４の分岐比率（結合率）は当初の５０％からずれ、今まで第二の方向性結合器４の光導波路１ｂから全て出力されていた信号光の一部が、光導波路１ａからも出力されるようになる。さらに、印加電圧３１が、３０〜５０Ｖ程度になると、ほぼ全ての信号光が光導波路１ａから出力されるようになる。つまり、印加電圧３１を適当な値に設定することにより、位相シフト器３における結合長Ｌが等価的に変化し、その変化に応じた光出力を得ることができる。
【０００６】
ところで、印加電圧３１を加えないとき、または、３０〜５０Ｖ程度の電圧を加えたときに、全ての信号光を第二の方向性結合器４の光導波路１ａ、または光導波路１ｂのいずれか一方から出力させるためには、第一の方向性結合器２と第二の方向性結合器４の分岐比率（結合率）を正確に５０％にする必要がある。そのためには、光導波路１ａと１ｂの近接した部分の長さ（結合長Ｌ＝π／２γ（γはポッケルス定数））を正確に完全結合長Ｌｃ（＝π／２κ（κは結合係数））の１／２にする必要がある。第一の方向性結合器２と第二の方向性結合器４の分岐比率（結合率）が５０％からずれると、第二の方向性結合器４の出力端では他方の導波路への漏れが大きくなり、最小減衰量と最大減衰量の比（消光比）を悪化させることになる。
【０００７】
図１５は、方向性結合器のギャップと結合長の関係を示す。
方向性結合器で問題なのは、光導波路１ａと１ｂが近接結合している部分の長さ（結合長Ｌ）とギャップＧである。分岐比率（結合率）を５０％にするには、ギャップＧのばらつきを無くし、結合長Ｌを〔完全結合長Ｌｃ÷２〕にする必要がある。この２つは製造プロセスにおける重要なパラメータになっている。
【０００８】
図１６は、製造パラメータによる特性の相違を示す。図１５に示したギャップＧにばらつきがなく、また、結合長Ｌが完全結合長Ｌｃの１／２に合致していれば、クロストークが最小になることにより、消光比が大きくなる理想的な特性１３０が得られる。しかし、ギャップＧにばらつきがあったり、結合長Ｌが完全結合長Ｌｃの１／２に合致していないときには、特性１３１のように特性が劣化する。このような状態は、結合率が５０％から数パーセント変化しただけで生じることが知られている。
【０００９】
この問題を解決するものとして、特公平６−７２９６４号に提案があり、位相シフト器用の電極とは別個に方向性結合器用の電極を光導波路の方向性結合器に設け、光導波路における屈折率を制御し、等価的に結合長Ｌを調整する構成にしている。この構成について、図１７を示して説明する。
図１７は、従来の他の導波路型光制御デバイスを示す。図１７においても、導波路型光制御デバイスとして可変光減衰器を用いている。
光導波路１ａおよび１ｂの入力端と出力端の間には、第一の方向性結合器２、位相シフト器３、および第二の方向性結合部４が直列に配置して形成されており、第一の方向性結合器２、位相シフト器３、および第二の方向性結合器４のそれぞれには、バイアス電圧を印加するための電極２０ａ，２０ｂ、電極３０ａ，３０ｂ、電極４０ａ，４０ｂが設けられている。電極２０ａ，２０ｂと４０ａ，４０ｂに印加する電圧を適宜設定することにより、第一および第二の方向性結合器２，４における屈折率が制御される。この結果、等価的に結合長Ｌが調整され、消光比の悪化が改善される。
【００１０】
また、方向性結合器おいて、光導波路間の漏れ量を低減し、ダイナミックレンジの向上を図った構成が特開平１０−１４２５６９号公報に提案されている。具体的には、方向性結合器における結合長Ｌを完全結合長Ｌｃの２倍または偶数倍にする構成が示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の導波路型光制御デバイスによると、特公平６−７２９６４号のように位相シフト器と二つの方向性結合器のそれぞれに独立に専用の電極を設けた場合、可変光減衰器のデバイスサイズが大きくなるほか、電極が３つのブロックに配置されるため、電圧制御の箇所が増えることになり、制御回路が複雑になるという不具合がある。
また、特開平１０−１４２５６９号公報の構成によれば、結合長Ｌが最短でも完全結合長Ｌｃの２倍の長さになり、全長が長くなるため、小型化を図ることができない。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、構成を複雑化することなく、消光比やダイナミックレンジが改善が図れ、小型化が可能な導波路型光制御デバイスおよびその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、第１の特徴として、２本の光導波路の両外側および前記２本の光導波路の間に形成された電極を有する第一の電極部が近接配置された位相シフト器と、前記２本の光導波路に連結された光導波路を部分的に近接平行させて構成されると共に、前記位相シフト器の入力側に設けられる光分岐部または出力側に設けられる光結合部の少なくとも一方に用いられる方向性結合器とを備え、前記位相シフト器の前記両外側の電極と前記導波路の間に形成された前記電極との間に印加された電圧に応じて前記２本の光導波路の屈折率を変化させる導波路型光制御デバイスであって、前記方向性結合器内の前記２本の光導波路の両外側および前記光導波路の間に設けられた電極を有し、これらの電極が前記２本の光導波路の長手方向に隣接する前記第一の電極部の各電極に電気的に接続されると共に、前記第一の電極部に印加された電圧が印加される第二の電極部を備えることを特徴とする導波路型光制御デバイスを提供する。
【００１４】
この構成によれば、光分岐部または光結合部に用いられる方向性結合器は、その結合部に２本の光導波路の両外側および光導波路間のそれぞれに配置した３つの電極を持つ第二の電極部を有しており、この第二の電極部の各電極を位相シフト器の第一の電極部の３つの電極のそれぞれに個別および電気的に接続することにより、位相シフト器の第一の電極部に印加した電圧は、同時に方向性結合器の第二の電極部の電極に印加されるため、方向性結合器における屈折率が位相シフト器に印加した電圧により制御される。この結果、等価的に結合長Ｌが調整され、消光比の悪化が改善される。また、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要としないので間隔をとる必要がなく、導波路型光制御デバイスのサイズが大きくなることも、制御系を複雑にすることもない。
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明は、第２の特徴として、２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第３の電極とを含む位相シフト器と、前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波路から入力された信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、前記第一の電極と前記第二の電極のいずれか少なくとも１の電極、および前記第三の電極が前記第一の方向性結合器または前記第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸されていることを特徴とする導波路型光制御デバイスを提供する。
【００１６】
この構成によれば、位相シフト器の第一，第二，および第三の電極は、共通の光導波路を用いる第一の方向性結合器または第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸している。したがって、位相シフト器の電極に印加した電圧は位相シフト器に電界を付与すると同時に第一または第二の方向性結合器にも付与され、いずれかの方向性結合器における屈折率も制御される。この結果、等価的に結合長Ｌが調整されるため、消光比の悪化が改善される。また、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要としないので間隔をとる必要がなく、導波路型光制御デバイスのサイズが大きくなることも、制御系を複雑にすることもない。
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明は、第３の特徴として、２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第三の電極とを含む位相シフト器と、前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波波から入力された信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、前記第一の電極と前記第二の電極のいずれか少なくとも１の電極、および前記第三の電極が前記第一の方向性結合器の一部分または全部にまでそれぞれ延伸され、前記第一の電極と前記第二の電極のいずれか少なくとも１の電極、および前記第三の電極が前記第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸されていることを特徴とする導波路型光制御デバイスを提供する。
【００１８】
この構成によれば、上記第２の特徴に加え、第一の方向性結合器と第二の方向性結合器の両方の一部分または全部にまで、位相シフト器の第一，第二，および第三の電極を延伸させている。したがって、位相シフト器における電極に印加した電圧によって、位相シフト器に電界が付与されると同時に第一および第二の方向性結合器に介在する電極部分から第一および第二の方向性結合器にも電界が付与され、方向性結合器のそれぞれにおける屈折率が制御される。この結果、等価的に結合長Ｌが調整されるため、消光比の悪化が改善される。また、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁が不必要なので間隔をとる必要がなく、導波路型光制御デバイスのサイズが大きくなることも、制御系を複雑にすることもない。
【００１９】
上記の目的を達成するために、本発明は、第４の特徴として、２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第三の電極とを含む位相シフト器と、前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波路から入力された信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、前記第一の方向性結合器は、方向性結合部の２本の光導波路の両外側の近傍に配置された第一の方向性結合部外側電極と、前記方向性結合部の２本の光導波路の間に配置される第一の方向性結合部中間電極とを備え、前記第一の電極および前記第二の電極が前記第一の方向性結合部外側電極に電気的に接続され、前記第三の電極が前記第一の方向性結合部中間電極に電気的に接続されていることを特徴とする導波路型光制御デバイスを提供する。
【００２０】
この構成によれば、位相シフト器と共通の光導波路を用いる第一の方向性結合器は、２本の光導波路の両外側の近傍に配置された第一の方向性結合部外側電極と２本の光導波路の間に配置される第一の方向性結合部中間電極を備え、これらに位相シフト器の第一，第二，および第三の電極が電気的に接続されている。したがって、位相シフト器における電極間に印加した電圧によって、位相シフト器に電界が付与されると同時に第一の方向性結合器にも電界が付与され、方向性結合器のそれぞれにおける屈折率が制御される。この結果、等価的に結合長Ｌが調整されるため、消光比の悪化が改善される。また、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要とせず、間隔をとる必要がないので、導波路型光制御デバイスのサイズが大きくなることも、制御系を複雑にすることもない。
【００２１】
上記の目的を達成するために、本発明は、第５の特徴として、２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第三の電極とを含む位相シフト器と、前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波路から入力された信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、前記第二の方向性結合器は、方向性結合部の２本の光導波路の両外側の近傍に配置された第二の方向性結合部外側電極と、方向性結合部の２本の光導波路の間に配置される第二の方向性結合部中間電極とを備え、前記第一の電極および前記第二の電極が前記第二の方向性結合部外側電極に電気的に接続され、前記第三の電極が前記第二の方向性結合部中間電極に電気的に接続されていることを特徴とする導波路型光制御デバイスを提供する。
【００２２】
この構成によれば、位相シフト器と共通の光導波路を用いる第二の方向性結合器は、２本の光導波路の両外側の近傍に配置された第二の方向性結合部外側電極と２本の光導波路の間に配置される第二の方向性結合部中間電極を備え、これらに位相シフト器の第一，第二，および第三の電極が電気的に接続されている。したがって、位相シフト器における電極間に印加した電圧によって、位相シフト器に電界が付与されると同時に第二の方向性結合器にも電界が付与され、方向性結合器のそれぞれにおける屈折率が制御される。この結果、等価的に結合長Ｌが調整されるため、消光比の悪化が改善される。また、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要としないので間隔をとる必要がなく、導波路型光制御デバイスのサイズが大きくなることも、制御系を複雑にすることもない。
【００２３】
上記の目的を達成するために、本発明は、第６の特徴として、２本の光導波路の両外側および前記２本の光導波路の間に形成された電極を有する第一の電極部が近接配置された位相シフト器と、前記２本の光導波路に連結された光導波路を部分的に近接平行させて構成されると共に、前記位相シフト器の入力側に設けられる光分岐部または出力側に設けられる光結合部の少なくとも一方に用いられる方向性結合器とを備え、前記位相シフト器の前記両外側の電極と前記導波路の間に形成された前記電極との間に印加された電圧に応じて前記２本の光導波路の屈折率を変化させることにより通過光の減衰量を制御する可変光減衰器において、前記方向性結合器内の前記２本の光導波路の両外側および前記光導波路の間に設けられた電極を有し、これらの電極が前記２本の光導波路の長手方向に隣接する前記第一の電極部の各電極に電気的に接続されると共に、前記第一の電極部に印加された電圧が印加される第二の電極部を備えることを特徴とする可変光減衰器を提供する。
【００２４】
この構成によれば、光分岐部または光結合部に用いられる方向性結合器は、その領域内に２本の光導波路の両外側および光導波路間のそれぞれに配置した３つの電極を持つ第二の電極部を有しており、この電極部の各電極を位相シフト器の第一の電極部の３つの電極のそれぞれに個別および電気的に接続することにより、位相シフト器の第一の電極部に印加した電圧は、同時に方向性結合器の第二の電極部の電極に印加されるため、方向性結合器における屈折率が位相シフト器に印加した電圧により制御され、光導波路を通過する信号光の減衰量が制御される。また、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要としないので間隔をとる必要がなく、可変光減衰器のサイズが大きくなることも、制御系（減衰量制御回路）を複雑にすることもない。
【００２５】
上記の目的を達成するために、本発明は、第７の特徴として、１または互いに異なる波長の複数の信号光を含む波長多重信号光が入力され、該波長多重信号光を分波して分波信号光をそれぞれ出力する光合波器と、前記分波信号光に選択的に所定の減衰量の光減衰をさせ、減衰信号光を出力する請求項２１記載の可変光減衰器と、前記可変光減衰器による前記減衰信号光を合波する光合波器とを備えていることを特徴とする光イコライザ装置を提供する。
【００２６】
この構成によれば、入力された波長多重信号光を分波する光合波器、この光合波器の出力信号光に所定の光減衰を施す可変光減衰器、および各可変光減衰器からの信号光を合波する光合波器より構成されている。そして、上記本発明の第６の特徴で説明したように、可変光減衰器は、位相シフト器および方向性結合器の双方に介在する電極が個別に隣接する電極に電気的に接続されているため、位相シフト器に印加された電圧により同時に方向性結合器にも電界が付与され、光導波路を通過する信号光の減衰量を制御できるので、信号光のレベル合わせが可能になる。このように、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要としないので間隔をとる必要がなく、また、印加電圧を共用できる結果、可変光減衰器の小型化が図れ、光イコライザ装置の大型化を招くことがない。
【００２７】
上記の目的を達成するために、本発明は、第８の特徴として、１または互いに異なる波長の複数の信号光を含む波長多重信号光が入力され、該波長多重信号光を分波して分波信号光をそれぞれ出力する光分波器と、前記分波信号光から選択的に所定の波長の信号光を分離する波長可変フィルタと、前記波長可変フィルタを通過した前記分波信号光に選択的に所定の減衰量の光減衰をさせ、減衰信号光を出力する請求項２１記載の可変光減衰器と、前記可変光減衰器からの前記減衰信号光または外部からの挿入信号光のいずれかを選択して出力するフィルタと、前記フィルタから出力される前記減衰信号光または前記挿入信号光を合波する光合波器とを備えていることを特徴とする光挿入分離装置を提供する。
【００２８】
この構成によれば、光分波器によって分波された信号光のそれぞれに対して波長可変フィルタにより選択的に所定の波長の信号光が分離され、ついで可変光減衰器により所望の光減衰が行われる。可変光減衰器からの信号光または外部からの挿入信号光が、フィルタにより選択して出力され、各フィルタからの信号光が光合波器で合波され、波長多重信号光となって出力される。可変光減衰器は、位相シフト器の第一の電極部および方向性結合器の第二の電極部が電気的に接続され、電極に印加する電圧の共用が行える結果、電極配置スペースの最小化、および制御系の簡略化により可変光減衰器の小型化が図れ、よって光イコライザ装置の小型化を図ることができる。
【００２９】
上記の目的を達成するために、本発明は、第９の特徴として、２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第三の電極とを含む位相シフト器と、前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波路から入力される信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、前記第一の電極と前記第二の電極のいずれか少なくとも１の電極、および前記第三の電極が前記第一の方向性結合器または前記第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸し、かつ前記第三の電極から延伸した電極部分が前記２本の光導波路の一方に対して縦方向の電界を付与しうるように形成されていることを特徴とする導波路型光制御デバイスを提供する。
【００３０】
この構成によれば、位相シフト器の第一，第二，および第三の電極は、共通の光導波路を用いる第一の方向性結合器または第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸し、しかも、第三の電極の方向性結合器における延伸部分は、光導波路の一方に対して縦方向の電界を付与するように設けられている。したがって、位相シフト器の電極に印加した電圧は位相シフト器に電界を付与すると同時に第一または第二の方向性結合器にも垂直方向（電極厚み方向）から付与され、屈折率が制御される。縦方向の電界を付与できることにより、同一電圧のときには強い電界を付与でき、同一電界のときには低い印加電圧にすることができる。また、等価的に結合長Ｌが調整されるので、消光比の悪化が改善される。さらに、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要としないので間隔をとる必要がなく、導波路型光制御デバイスのサイズが大きくなることも、制御系を複雑にすることもない。
【００３１】
上記の目的を達成するために、本発明は、第１０の特徴として、基板内に位相シフト器および少なくとも１の方向性結合器が構成されるように２本の光導波路を形成し、前記位相シフト器から前記方向性結合器の一部に及ぶように第一の電極および第二の電極を前記２本の光導波路の両外側に形成すると共に、前記位相シフト器から前記方向性結合器の一部に及ぶように第三の電極を前記２本の光導波路の間に形成し、同時に、前記第二および第三の電極の端部に複数の独立した電極片を所定間隔に形成しまたはヒューズで縦続接続された状態に複数の電極片を所定間隔に形成し、前記方向性結合器の特性が所望の値になるように、前記複数の独立した電極片の必要数を内側からボンディングワイヤで順次接続し、または縦続接続された前記複数の電極片の前記ヒューズを外側から順次溶断することを特徴とする導波路型光制御デバイスの製造方法を提供する。
【００３２】
この方法によれば、２本の光導波路により位相シフト器と少なくとも１の方向性結合器を形成した後、それぞれに第一，第二，および第三の電極を所定の領域に形成し、方向性結合器においては第一および第二の電極の端部に複数の電極片をヒューズにより相互に接続し、或いはボンディングワイヤで接続するようにしたので、第一および第二の電極の長さを微調整、すなわち特性を最良となるようにチューニングすることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の導波路型光制御デバイスの第１の実施の形態を示す。以下の各実施の形態においては、いずれも導波路型光制御デバイスとして可変光減衰器をとりあげて説明する。
第一の方向性結合器２、位相シフト器３（位相シフト部）、および第二の方向性結合器４が直列にＬＮ基板（図示せず）上に配置され、これらを貫通するように光導波路１ａ，１ｂが平行状態に設けられており、第一の方向性結合器２および第二の方向性結合器４の位置においては、方向性結合器が形成されるように間隔が狭められている。さらに、第一の方向性結合器２、位相シフト器３、および第二の方向性結合器４に及ぶようにして、第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３がＬＮ基板上に設けられている。
【００３４】
すなわち、光導波路１ａの外側には第一の電極５１が設けられ、光導波路１ｂの外側には第二の電極５２が設けられ、光導波路１ａと１ｂの間には第三の電極５３が設けられている。換言すれば、図１４の従来構成における第一の電極３ａ、第二の電極３ｂ、および第三の電極３ｃが、第一の方向性結合器２および第二の方向性結合器４に入る様に延伸した構成になっている。第一の電極５１および第二の電極５２と、第三の電極５３の間には、バイアス電圧５４が直流電源５５によって印加される。第一の電極５１と第二の電極５２には正（＋）電圧が印加され、第三の電極５３には負（−）電圧が印加される。
【００３５】
図１の構成において、位相シフト器３に介在している第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３の３つの電極の組み合わせを第一の電極部とし、第一の方向性結合器２に介在している第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３の３つの電極の組み合わせを第二の電極部とし、更に、第一の方向性結合器２に介在している第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３の３つの電極の組み合わせを第三の電極部とする。
【００３６】
次に、上記第１の実施の形態の動作について説明する。
光導波路１ａの入力端から入力された信号光は、第一の方向性結合器２において光導波路１ａと光導波路１ｂに５０％の比率（割合）で分岐された後、位相シフト器３に入力される。位相シフト器３は、第一の電極５１と第二の電極５２に印加されたバイアス電圧５４に応じて動作する。すなわち、バイアス電圧５４が加えられていないときには、光導波路１ａと１ｂに分岐された信号光が互いに同位相で第二の方向性結合器４に入力され、入力光の全てが光導波路１ｂの出力端から出光する。そして、バイアス電圧５４を０Ｖから或る電圧に増加すると、光導波路１ａおよび１ｂの屈折率が変化し、光導波路１ａと１ｂを進む信号光の伝搬速度が変化する。
【００３７】
バイアス電圧５４は、光導波路１ａと１ｂとでは互いに逆方向に加えられるので、位相シフト器３の光導波路１ａと１ｂを進む信号光に速度差が生じ、光導波路１ａと１ｂの各信号光は異なる位相により第二の方向性結合器４に入力する。このため、第二の方向性結合器４の分岐比率（結合率）は５０％づつの値からずれることになり、それまで第二の方向性結合器４の光導波路１ｂの出力端からのみ出力されていた信号光の一部が、光導波路１ａからも出力されるようになる。さらに、バイアス電圧５４が、３０〜５０Ｖ程度になると、ほぼ全ての信号光が光導波路１ａから出力されるようになる。このように、バイアス電圧５４を適当な値に設定することにより、所望の光減衰量にされた光出力信号を得ることができる。
【００３８】
段落番号〔０００６〕で説明したように、バイアス電圧５４を加えないとき、または３０〜５０Ｖ程度の高い電圧を加えたときに、全ての信号光を第二の方向性結合器４の光導波路１ａまたは光導波路１ｂのいずれかより出力させるためには、方向性結合器の光導波路１ａと１ｂの近接した部分の長さ（結合長Ｌ）を正確に完全結合長Ｌｃの１／２にして、第一の方向性結合器２と第二の方向性結合器４の分岐比率（結合率）を正確に５０％にする必要がある。分岐比率が５０％からずれると、第二の方向性結合器４の出力端において他方の導波路への漏れが大きくなり、最小減衰量と最大減衰量の比（消光比）が悪くなる。
【００３９】
しかし、本発明によれば、３本の電極により構成された電極部を第一の方向性結合器２および第二の方向性結合器４にも設けたため、これら方向性結合器内の光導波路にも電界が付与され、方向性結合器２，４のそれぞれの伝搬定数を調整できるようになるので、等価的に結合長Ｌが調整可能になる。すなわち、第一の方向性結合器２の光導波路１ａと１ｂの近接した部分に各々逆向きの電圧を加えることにより、第一の方向性結合器２内を伝搬する信号光に速度差が生じることになり、等価的に光導波路１ａと１ｂの伝搬定数（βａ、βｂ）を変化させることができる。
【００４０】
図２は、従来構成と本発明の特性の比較結果を示す。
図２の（ａ）の特性は図１４に示した従来構成による特性であり、図２の（ｂ）の特性は図１に示した本発明の導波路型光制御デバイスによる特性である。（ａ）の従来特性においては、最大減衰量（＝挿入損失）は１３ｄＢが限度である。これに対して、（ｂ）の本発明特性は、電極に印加する電圧を０〜数十Ｖの範囲としたとき、その最大減衰量は２０ｄＢに達しており、特性が顕著に改善されていることがわかる。
【００４１】
図３は第一の方向性結合器２にバイアス電圧５４を印加しないときと、したときの伝搬定数の変化を示す。
図３の（ａ）に示すように、第一の電極５１，５２と第三の電極５３の間にバイアス電圧を印加しないときの方向性結合器における伝搬定数はβａとβｂである。しかし、電極に電圧を印加すると、図３の（ｂ）に示すように、伝搬定数は（βａ−Δβ）と（βｂ＋Δβ）になる。この結果、結合長Ｌは、（Ｌ−ΔＬ）になり、等価的に第一の方向性結合器２の結合長Ｌが調整される。
【００４２】
図３においては、第一の方向性結合器２について説明したが、第二の方向性結合器４についても同様であることは言うまでもない。このようにして、それぞれの方向性結合器の結合長Ｌを調整すれば、分岐比率（結合率）を正確に５０％づつにすることが可能になる。第一の方向性結合器２（または、第二の方向性結合器４）に加えられる電圧は、位相シフト器３に加えられる電圧と同一であるため、本発明の光可変減衰器のダイナミックレンジの全ての領域において最適化されているわけではない。しかし、実際に使用する領域（バイアス電圧５４が０〜約５０Ｖの範囲）において実用上十分な最小減衰量と最大減衰量の比（消光比）を確保できることを、本発明者らは確認している。
【００４３】
以上の構成による導波路型光制御デバイスは、等価的に結合長Ｌが調整されるため、消光比の悪化を改善することができる。また、電極数が全体で３枚で済むため、図１４の従来構成のようにデバイスサイズが大きくなることもなく、したがって制御系が複雑になることもない。
【００４４】
〔第２の実施の形態〕
図４は、本発明の第２の実施の形態を示す。
本実施の形態は、第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３を設ける構成に変わりはないが、各電極の位置を光導波路１ａ，１ｂに対して直交する方向（図示の右または左の方向）にオフセットを与えたところに特徴がある。図４では、矢印方向（光導波路１ｂ側）にシフトさせている。このような配置によっても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。この結果、光導波路１ａ，１ｂに対して電極５１〜５３を厳密に位置決めしなくとも済むので、製品ばらつきの低減、および歩留りの向上が可能になる。
【００４５】
図５は、図３の可変光減衰器における消光比特性を示す。図５の（ａ）は各電極を右方向にオフセットした場合であり、図５の（ｂ）は各電極を左方向にオフセットした場合である。このように、電極を左右のいずれかに移動（オフセット）させることにより、光パワーの出力状態を自由に変えることができる。そして、図５から明らかなように、実際に使用する領域（印加電圧＝バイアス電圧５４が０〜約±５０Ｖ）において、実用上十分な最小減衰量と最大減衰量の比（消光比）を確保することができる。図５の（ａ）と（ｂ）を比較した場合、印加電圧を０〜＋５０Ｖの範囲で用いる場合には（ａ）の特性が適し、０〜−５０Ｖの範囲で用いる場合には（ｂ）の特性が適している。
【００４６】
〔第３の実施の形態〕
図６は、本発明の第３の実施の形態を示す。
本実施の形態は、第一の電極５１と第二の電極５２の形状を異ならせたところに特徴がある。すなわち、光導波路１ａ，１ｂの中心線５６を中心にして第一の電極５１と第二の電極５２の長さが非対称（第二の電極５２が第一の電極５１よりも長さが短い）になるようにし、第一の電極５１，５２と第三の電極５３の間にバイアス電圧５４を印加する構成にしている。本実施の形態においては、第二の電極５２の長さを調整することにより、伝搬定数βｂをβｂ′に変更することができる。これにより、光導波路１ａと１ｂとで異なる伝搬定数βを得ることができる。したがって、可変光減衰器の場合であれば、光導波路１ａと１ｂとで異なる光量減衰値に制御することができる。
【００４７】
〔第４の実施の形態〕
図７は、本発明の第４の実施の形態を示す。
本実施の形態も第一の電極５１と第二の電極５２の形状を異ならせたところに特徴がある。具体的には、第二の電極５２の長さを位相シフト器３の光導波路１ｂの直進部の長さと同じにし、全体の形状を四角形にしている。この場合もバイアス電圧５４は、第一の電極５１と第三の電極５３の間に印加する。
【００４８】
図７の場合、第二の電極５２は光導波路１ｂの第一の方向性結合器２および第二の方向性結合器４に及んでいないため、図１４の光導波路１ｂにおける従来の電極配置と同じになる。つまり、本実施の形態は、光導波路１ａに対してのみ３つの電極５１〜５３を有効にでき、方向性結合器２，４における光導波路１ｂには電界が付与されない。この構成は、消光比が光導波路１ａと１ｂの一方についてのみ改善されれば良いという場合に効果がある。さらに、光導波路１ａと１ｂの一方の電極を小さくできる構成のため、導波路型光制御デバイスの専有面積を小さくすることができる。
【００４９】
〔第５の実施の形態〕
図８は、本発明の第５の実施の形態を示す。
本実施の形態が前記各実施の形態と異なるところは、各電極の長さを位相シフト器３の長さをやや越える程度にしたところにある。すなわち、各電極の端部が第一の方向性結合器２および第二の方向性結合器４に入り込む程度としている。この場合のバイアス電圧５４の印加方法は前記各実施の形態と同一である。
本実施の形態によれば、第１の実施の形態に比べ、結合率を調整する能力はやや劣るが、電極面積を小さくできるので、導波路型光制御デバイスの小型化が可能になる。
【００５０】
〔第６の実施の形態〕
図９は、本発明の第６の実施の形態を示す。
本実施の形態は図８の実施の形態の変形例であり、図８の構成に図４の構成を加味したものである。すなわち、第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３を光導波路１ａ，１ｂの中心線５６に対し、オフセットさせた構成にしている。図９では、図示の右側にシフトさせている。なお、各電極へのバイアス電圧５４の印加は、図８と同じである。この構成によれば、図８と図４の特徴を併せ持ち、電極配置の自由度が得られるほか、電極面積が小さくなるために導波路型光制御デバイスの小型化を図ることができる。
【００５１】
図１０は、図９の実施の形態における消光比（最小減衰量と最大減衰量）特性を示す。３つの電極を同時に中心から右または左にオフセットした場合である。図１０から明らかなように、実用上十分な最小減衰量と最大減衰量の比（消光比）が得られることがわかる。
【００５２】
〔第７の実施の形態〕
図１１は、本発明の第７の実施の形態を示す。
本実施の形態は、図１の実施の形態において、第一の電極５１の両端を複数の電極片５１ａ，５１ｂ，５１ｅ，５１ｄに分割し、これ以外の電極部分を主電極５１ｃとし、同様に第二の電極５２の両端を複数の電極片５２ａ，５２ｂ，５２ｄ，５２ｅに分割し、これ以外の電極部分を主電極５２ｃとしている。方向性結合器のそれぞれにおいて、電極片の必要数を電気的に縦続接続する。ここでは、ボンディングワイヤ６ａ，６ｂにより主電極５１ｃと電極片５１ａ，５１ｂ，５１ｅ，５１ｄを接続し、ボンディングワイヤ７ａ，７ｂにより主電極５２ｃと電極片５２ａ，５２ｂ，５２ｄ，５２ｅを縦続接続している。このような構成により、第一の電極５１および第二の電極５２の方向性結合器における長さを微調整することが可能になるため、最良の特性が得られるようにチューニングすることができる。
【００５３】
なお、図１１の構成においては、ボンディングワイヤを用いて電極片相互の接続、および電極片と主電極との接続を行ったが、各電極片間および主電極との接続を予めヒューズとして機能する細線で接続しておき、必要に応じて外側の電極片のヒューズからレーザビーム等により溶断し、電極片の接続数を必要に応じて減らす構成にしてもよい。
【００５４】
〔第８の実施の形態〕
図１２は、本発明の第８の実施の形態を示す。本実施の形態は、図１の構成において、第三の電極５３を光導波路１ｂ上に配置し、第三の電極５３と光導波路１ａが部分的（または全部）に厚み方向（垂直方向）の重なりをもたせ、光導波路に縦電界が付与されるようにしたものである。ここでは、光導波路１ｂ上に第三の電極５３を設けるものとしたが、光導波路１ａ側に設けてもよい。図１２の構成によれば、光導波路と１ｂと第三の電極５３の距離が近づくため、電圧印加時の電界を強めることができ、したがって感度を上げることができる。
【００５５】
図１３は、図１２のＡ−Ａ断面を示す。ここでは、（ａ）〜（ｄ）の４つの構造例について説明する。なお、第一の方向性結合器２における断面を示したが、第二の方向性結合器４においても全く同じである。図１３の（ａ）は第１の構造例を示し、ＬｉＮｂＯ３ （ニオブ酸リチウム：ＬＮ）基板５６の表面近傍に光導波路１ａ，１ｂを設けた後、ＬｉＮｂＯ３ 基板５６および光導波路１１ｂの表面に第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３を設ける。この構成は、方向性結合器の厚みを薄くできる利点を有するが、光が吸収され易いので挿入損失が増えることは避けられない。
【００５６】
図１３の（ｂ）は第２の構造例を示し、ＬｉＮｂＯ３ 基板５６の表面近傍に光導波路１ａ，１ｂを設けた後、ＬｉＮｂＯ３ 基板５６および光導波路１ｂの表面に、誘電体膜（酸化膜：ＳｉＯ２ 、ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ等）や半導体膜（Ｓｉ等）によるバッファ層５７が設けられる。更に、バッファ層５７の表面には、上から見て図１２の配置になるように、第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３が設けられる。この構成は、図１３の（ａ）に比べ、バッファ層５７を設けたことにより、光の吸収が抑えられるため、挿入損失を小さくすることができる。
【００５７】
図１３の（ｃ）は第３の構造例を示し、ＬｉＮｂＯ３ 基板５６の表面近傍に光導波路１ａ，１ｂを設けると共に、ＬｉＮｂＯ３ 基板５６の裏面に第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３が設けられる。この場合の３つの電極は、第２の構造例における電極配置を投影させた位置に設けられる。この構造では、ＬｉＮｂＯ３ 基板５６の厚みに応じて光導波路１ａ，１ｂと各電極との間隔（距離）を自由に設定、すなわち感度等を自由に設定できる利点がある。
【００５８】
図１３の（ｄ）は第４の構造例を示し、ＬｉＮｂＯ３ 基板５６の表面近傍の所定位置に光導波路１ａ，１ｂを設けた後、第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３を設ける部位にエッチング等により溝５８を形成する。この場合、第三の電極５３は光導波路１ｂ内に埋め込むことはできないので、光導波路１ｂに隣接する部位に設けられる。そして、溝５８内に第一の電極５１、第二の電極５２、および第三の電極５３が設けられる。この構成においては、各電極は光導波路１ａ，１ｂと同一平面上に形成される。なお、溝５８を先に形成して各電極を設け、ついで光導波路１ａ，１ｂを設ける製造手順にしてもよいし、溝５８を設けてから光導波路１ａ，１ｂを設け、ついで電極を設ける製造手順にしてもよい。
なお、図１３の４つの構造例は、電極の位置、配置、形状等が異なるのみで上記した他の実施の形態にも同様の構造をもたせることができる。
【００５９】
〔第９の実施の形態〕
図１８は、本発明による導波路型光制御デバイスを用いた光イコライザ装置の構成を示す。
この光イコライザ装置は、光伝送路の途中に設けられ、入力光を波長の異なる複数の信号光に分波する光分波器としてのデマルチプレクサ（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ）１０１、その各々の出力光の減衰量を調整してレベル合わせを行う複数の可変光減衰器１００、この可変光減衰器１００のそれぞれからの信号光を合波する光合波器としてのマルチプレクサ（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ）１０２、および可変光減衰器１００の減衰量を制御するための減衰量制御回路１１０を備えて構成されている。可変光減衰器１００には、上記した各実施の形態に示した導波路型光制御デバイスが用いられ、デマルチプレクサ１０１には図１に示した光導波路１ａが接続され、マルチプレクサ１０２には光導波路１ｂが接続される。また、減衰量制御回路１１０は、図１に示した直流電源およびその出力電圧を可変する電圧可変回路を備えている。デマルチプレクサ１０１により分波された信号光のそれぞれの減衰量を可変光減衰器１００および減衰量制御回路１１０で調整することにより、相互間のレベル合わせを行うことができる。上記したように、本発明の導波路型光制御デバイス（可変光減衰器１００）は小型化が図れるため、図１８の構成にあって、デマルチプレクサ１０１やマルチプレクサ１０２との組み合わせを行っても装置の大型化を招くことがない。
【００６０】
さらに、減衰量制御回路１１０により、可変光減衰器１００のそれぞれから出力すべき信号光のレベルが予め設定したレベル差になるように制御することもできる。例えば、光増幅器の利得の波長依存性や伝送路損失の波長依存性を考慮して光レベル差を設定しておくことにより、光増幅器の利得の波長依存性や伝送路損失の波長依存性を改善することができる。
【００６１】
〔第１０の実施の形態〕
図１９は、本発明による導波路型光制御デバイスを適用した光挿入分離装置の構成を示す。
この光挿入分離装置は、或る距離をもって敷設された光伝送線路の途中に設けられている。光分波器としてのデマルチプレクサ１０１に入力される多重信号光は不図示の光増幅器で増幅された後、デマルチプレクサ１０１によって分波される。分波された信号のそれぞれは、１×２光スイッチ１０３の切り替えに応じてドロップされ（外部に取り出され）、或いは、ドロップせずに出力側へ送られる。出力側に送られた信号光は、可変光減衰器１００と減衰量制御回路１１０により光減衰量の調整が行われ、チャンネル毎の出力レベルが揃えられる。可変光減衰器１００には、上記した各実施の形態に示した導波路型光制御デバイスを用いることができる。可変光減衰器１００のそれぞれからの信号光は光合波器としてのマルチプレクサ１０２により多重光に合波され、光伝送路へ出力される。また、２×１光スイッチ１０４がＡｄｄ側に切り替えられた場合、アド端から取り込まれた光情報が２×１光スイッチ１０４に入力され、デマルチプレクサ１０１から取り込まれた多重信号光に合波（Ａｄｄ）される。この光挿入分離装置においても、導波路型光制御デバイスを可変光減衰器１００に用いることにより小型化が図れるため、デマルチプレクサ１０１やマルチプレクサ１０２との組み合わせを行っても装置の大型化を招くことがない。
【００６２】
〔第１１の実施の形態〕
図２０は、本発明による導波路型光制御デバイスを適用した光挿入分離装置の他の構成を示す。
この光挿入分離装置は、図１９の構成において、光分波器としての１×２光スイッチ１０３を波長可変フィルタ１０５に代え、光合波器としての２×１光スイッチ１０４をフィルタ１０６に代えたものである。波長可変フィルタ１０５は、デマルチプレクサ１０１により分波された信号光から選択的に所定の波長の信号光を分離する。この波長可変フィルタ１０５の出力光に対して可変光減衰器１００と減衰量制御回路１１０によって所定の減衰を行う。さらに、可変光減衰器１００の信号光出力または外部から挿入された信号光をフィルタ１０６で選択し、これをマルチプレクサ１０２に入力する。マルチプレクサ１０２は、他のフィルタ１０６から出力された信号光を合波して出力する。この光挿入分離装置においても、導波路型光制御デバイスを可変光減衰器１００に用いることにより小型化が図れるため、波長可変フィルタ１０５やフィルタ１０６との組み合わせを行っても装置の大型化を招くことがないので、小型化および軽量化を図ることができる。
【００６３】
この構成においても、減衰量制御回路１１０により、可変光減衰器１００のそれぞれから出力すべき信号光のレベルが予め設定したレベル差になるように制御することもできる。例えば、光増幅器の利得の波長依存性や伝送路損失の波長依存性を考慮して光レベル差を設定しておくことにより、光増幅器の利得の波長依存性や伝送路損失の波長依存性を改善することができる。
【００６４】
上記した第２および第３の実施の形態においては、第１の実施の形態の電極構成に対し、第二の電極５２側の形状を異ならせるものとしたが、逆に、第一の電極５１側の形状を異ならせるようにしてもよい。さらに、図１８〜図２０の構成は、相互に組み合わせた（混在した）構成が可能であるほか、図１８〜図２０の３種の構成の内の２種又は全種を含んでいてもよい。また、図１８〜図２０においては、デマルチプレクサ１０１に接続される可変光減衰器の全てが同一構成である必要はなく、上記した導波路型光制御デバイスのバリエーションが混在していてもよい。
【００６５】
また、上記各実施の形態においては、いずれも導波路型光制御デバイスとして可変光減衰器をとりあげたが、本発明は可変光減衰器に限定されるものではなく、電極に印加する電圧に応じて光導波路を通過する光を制御する全ての導波路型光制御デバイスに適用することができる。例えば、光導波路を用いて構成された光スイッチ、光強度変調器等に適用することができる。
【００６６】
さらに、上記実施の形態においては、位相シフト部の入力側に設けられる光分岐部または出力側に設けられる光結合部のそれぞれに方向性結合器を設ける構成を示したが、どちらか一方のみに設ける構成であってもよい。例えば、方向性結合器を用いなかった側には、Ｙ分岐器を用いることができる。具体的には、Ｙ分岐器を光分岐部に用い、光結合部に本発明にかかる方向性結合器を用いて１入力２出力の構成、或いは、光分岐部に本発明にかかる方向性結合器を用い、光結合部にＹ分岐器を用いて２入力１出力の構成がある。いずれの構成も、方向性結合器で問題であった製造精度（歩留り）を改善できるため、方向性結合器の使用数が少ない分だけ有利になる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の導波路型光制御デバイスによれば、位相シフト部の電極部に印加した電圧が同時に少なくとも１つの方向性結合器の各電極部の電極に印加される構成にしたので、方向性結合器のために別途制御系を設けることなく、方向性結合器における屈折率を制御できるようになり、等価的に結合長Ｌが調整されるため、消光比の悪化が改善される。また、電極数が位相シフト器と変わらないので、デバイスのサイズが大きくならないので導波路型光制御デバイスの小型化が可能になるほか、制御系が複雑になることがなく、制御も簡単になる。
【００６８】
また、本発明の可変光減衰器によれば、方向性結合器が２本の光導波路の両外側および光導波路間のそれぞれに配置した３つの電極を持つ第二の電極部を備え、この電極部の各電極を位相シフト器の第一の電極部の３つの電極のそれぞれに個別および電気的に接続し、位相シフト器の第一の電極部に印加した電圧が同時に方向性結合器の第二の電極部の電極に印加されるように構成し、方向性結合器における屈折率が位相シフト器に印加した電圧により制御され、光導波路を通過する信号光の減衰量が制御されるように構成したので、可変光減衰器のサイズの小型化が図れ、制御系（減衰量制御回路）を複雑にすることもない。
【００６９】
さらに、本発明の光イコライザ装置及び光挿入分離装置によれば、光分波器と光合波器の間に、位相シフト器と方向性結合器のそれぞれの電極部に共用の制御電圧を印加する構成の可変光減衰器を配置し、この可変光減衰器により光減衰量を制御して光分波された各信号光のレベル合わせが行えるようにしたので、可変光減衰器の小型化が図れ、光イコライザ装置や光挿入分離装置の大型化を招くことがない。
【００７０】
また、本発明の導波路型光制御デバイスによれば、位相シフト器の第一，第二，および第三の電極は、共通の光導波路を用いる第一の方向性結合器または第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸し、しかも、第三の電極の方向性結合器における延伸部分は、光導波路の一方に対して縦方向の電界を付与するように設けられているため、位相シフト器の電極に印加した電圧により第一または第二の方向性結合器に垂直方向（電極厚み方向）から屈折率を制御するための電界が付与され、同一電圧のときには強い電界を付与でき、同一電界のときには印加電圧を低くすることができる。更に、等価的に結合長Ｌが調整されるので、消光比の悪化が改善され、また、位相シフト器の電極と方向性結合器の電極の絶縁を必要としないので間隔をとる必要がなく、導波路型光制御デバイスのサイズが大きくなることも、制御系を複雑にすることがない。
【００７１】
さらに、本発明の導波路型光制御デバイスの製造方法によれば、２本の光導波路により位相シフト器及び方向性結合器を形成した後、それぞれに第一，第二，および第三の電極を所定の領域に形成すると共に、方向性結合器においては第一および第二の電極の端部に複数の電極片をヒューズにより相互に接続し、或いはボンディングワイヤで接続することにより、第一，第二の電極の長さを微調整して電界形成領域を可変できるようになる。この結果、最良の特性が得られるようなチューニングが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導波路型光制御デバイスの第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】従来構成と本発明の特性の比較結果を示す特性図である。
【図３】第一の方向性結合器にバイアス電圧を印加しないときと、印加したときの伝搬定数の変化を示す特性図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す平面図である。
【図５】図１の導波路型光制御デバイスにおける消光比特性を示す特性図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す平面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示す平面図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態を示す平面図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態を示す平面図である。
【図１０】図９の実施の形態における消光比特性を示す特性図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態を示す平面図である。
【図１２】本発明の第８の実施の形態を示す平面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ断面を示し、（ａ）〜（ｅ）は第１〜第４の構造例を示す断面図である。
【図１４】従来の方向性結合器型マッハツェンダ（ＭＺ）構成の導波路型光制御デバイスの構成を示す平面図である。
【図１５】方向性結合器のギャップと結合長を示す模式図である。
【図１６】製造パラメータによる特性の相違を示す特性図である。
【図１７】従来の他の導波路型光制御デバイスを示す平面図である。
【図１８】本発明による導波路型光制御デバイスを用いた光イコライザ装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明による導波路型光制御デバイスを適用した光挿入分離装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明による導波路型光制御デバイスを適用した光挿入分離装置の他の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ 光導波路
２ 第一の方向性結合器
３ 位相シフト器
４ 第二の方向性結合器
５１ 第一の電極
５１ａ，５１ｂ，５１ｄ，５１ｅ 電極片
５１ｃ，５２ｃ 主電極
５２ 第二の電極
５２ａ，５２ｂ，５２ｄ，５２ｅ 電極片
５３ 第三の電極
５４ バイアス電圧
５５ 直流電源
５６ ＬｉＮｂＯ３ 基板
５７ バッファ層
５８ 溝
１００ 可変光減衰器
１０１ デマルチプレクサ
１０３ １×２光スイッチ
１０５ 波長可変フィルタ
１０６ フィルタ
１１０ 減衰量制御回路
Claims (30)
- ２本の光導波路の両外側および前記２本の光導波路の間に形成された電極を有する第一の電極部が近接配置された位相シフト器と、前記２本の光導波路に連結された光導波路を部分的に近接平行させて構成されると共に、前記位相シフト器の入力側に設けられる光分岐部または出力側に設けられる光結合部の少なくとも一方に用いられる方向性結合器とを備え、前記位相シフト器の前記両外側の電極と前記導波路の間に形成された前記電極との間に印加された電圧に応じて前記２本の光導波路の屈折率を変化させる導波路型光制御デバイスであって、
前記方向性結合器内の前記２本の光導波路の両外側および前記光導波路の間に設けられた電極を有し、これらの電極が前記２本の光導波路の長手方向に隣接する前記第一の電極部の各電極に電気的に接続されると共に、前記第一の電極部に印加された電圧が印加される第二の電極部を備えることを特徴とする導波路型光制御デバイス。 - 前記第二の電極部は、前記第一の電極部の各電極を延伸させることにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の導波路型光制御デバイス。
- 前記第二の電極部は、前記両外側の電極を非対象形にしたことを特徴とする請求項１記載の導波路型光制御デバイス。
- 前記第二の電極部は、前記位相シフト器との境界付近にのみ介在していることを特徴とする請求項１記載の導波路型光制御デバイス。
- 前記第一の電極部および前記第二の電極部は、前記２本の光導波路の中心線に対して所定のオフセットが施されていることを特徴とする請求項１記載の導波路型光制御デバイス。
- 前記第二の電極部の前記両外側の電極は、所定間隔に配列された複数の電極片を備えて構成され、その相互間がヒューズまたはボンディングワイヤで接続されていることを特徴とする請求項１記載の導波路型光制御デバイス。
- 前記第二の電極部の前記光導波路間の前記電極は、前記２本の光導波路の一方に対し、一部分または全部が厚み方向に重なりを持つことを特徴とする請求項１記載の導波路型光制御デバイス。
- 前記第二の電極部は、バッファ層を介して前記２本の光導波路が設けられている基板の表面に配置されていることを特徴とする請求項１記載の導波路型光制御デバイス。
- 前記第二の電極部の各電極は、前記２本の光導波路に対してほぼ同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の導波路型光制御デバイス。
- 前記第二の電極部の各電極は、前記２本の光導波路が設けられている基板の表面に形成された凹部内に設けられていることを特徴とする請求項９記載の導波路型光制御デバイス。
- 前記第二の電極部は、前記２本の光導波路が設けられている基板の裏面に配置されていることを特徴とする請求項１記載の導波路型光制御デバイス。
- 前記方向性結合器は、前記光分岐部および前記光結合部のそれぞれに設けられ、共に前記第二の電極部が設けられていることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，８または１１記載の導波路型光制御デバイス。
- ２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第三の電極とを含む位相シフト器と、
前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、
前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波路から入力された信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、
前記第一の電極と前記第二の電極のいずれか少なくとも１の電極、および前記第三の電極が前記第一の方向性結合器または前記第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸されていることを特徴とする導波路型光制御デバイス。 - ２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第三の電極とを含む位相シフト器と、
前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、 前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波波から入力された信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、
前記第一の電極と前記第二の電極のいずれか少なくとも１の電極、および前記第三の電極が前記第一の方向性結合器の一部分または全部にまでそれぞれ延伸され、前記第一の電極と前記第二の電極のいずれか少なくとも１の電極、および前記第三の電極が前記第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸されていることを特徴とする導波路型光制御デバイス。 - ２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第三の電極とを含む位相シフト器と、
前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、 前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波路から入力された信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、
前記第一の方向性結合器は、方向性結合部の２本の光導波路の両外側の近傍に配置された第一の方向性結合部外側電極と、前記方向性結合部の２本の光導波路の間に配置される第一の方向性結合部中間電極とを備え、前記第一の電極および前記第二の電極が前記第一の方向性結合部外側電極に電気的に接続され、前記第三の電極が前記第一の方向性結合部中間電極に電気的に接続されていることを特徴とする導波路型光制御デバイス。 - 前記第一の方向性結合部外側電極および前記第一の方向性結合部中間電極は、前記方向性結合部を構成する光導波路の一部分に対して電圧印加により電界を生じさせることを特徴とする請求項１５記載の導波路型光制御デバイス。
- ２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第三の電極とを含む位相シフト器と、
前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、 前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波路から入力された信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、
前記第二の方向性結合器は、方向性結合部の２本の光導波路の両外側の近傍に配置された第二の方向性結合部外側電極と、方向性結合部の２本の光導波路の間に配置される第二の方向性結合部中間電極とを備え、
前記第一の電極および前記第二の電極が前記第二の方向性結合部外側電極に電気的に接続され、前記第三の電極が前記第二の方向性結合部中間電極に電気的に接続されていることを特徴とする導波路型光制御デバイス。 - 前記第二の方向性結合部外側電極および前記第二の方向性結合部中間電極は、前記方向性結合部を構成する光導波路の一部分に対して電圧印加により電界を生じさせることを特徴とする請求項１７記載の導波路型光制御デバイス。
- 前記第一の方向性結合部中間電極は、前記方向性結合部を構成する２本の光導波路の中心線に対してオフセットされていることを特徴とする請求項１５または１６記載の導波路型光制御デバイス。
- 前記第二の方向性結合部中間電極は、前記方向性結合部を構成する２本の光導波路の中心線に対してオフセットされていることを特徴とする請求項１７または請求項１８記載の導波路型光制御デバイス。
- ２本の光導波路の両外側および前記２本の光導波路の間に形成された電極を有する第一の電極部が近接配置された位相シフト器と、前記２本の光導波路に連結された光導波路を部分的に近接平行させて構成されると共に、前記位相シフト器の入力側に設けられる光分岐部または出力側に設けられる光結合部の少なくとも一方に用いられる方向性結合器とを備え、前記位相シフト器の前記両外側の電極と前記導波路の間に形成された前記電極との間に印加された電圧に応じて前記２本の光導波路の屈折率を変化させることにより通過光の減衰量を制御する可変光減衰器において、
前記方向性結合器内の前記２本の光導波路の両外側および前記光導波路の間に設けられた電極を有し、これらの電極が前記２本の光導波路の長手方向に隣接する前記第一の電極部の各電極に電気的に接続されると共に、前記第一の電極部に印加された電圧が印加される第二の電極部を備えることを特徴とする可変光減衰器。 - １または互いに異なる波長の複数の信号光を含む波長多重信号光が入力され、該波長多重信号光を分波して分波信号光をそれぞれ出力する光合波器と、
前記分波信号光に選択的に所定の減衰量の光減衰をさせ、減衰信号光を出力する請求項２１記載の可変光減衰器と、
前記可変光減衰器による前記減衰信号光を合波する光合波器と、
を備えていることを特徴とする光イコライザ装置。 - 前記減衰信号光の光レベルが均一になるように前記可変光減衰器を制御する減衰量制御回路を備えることを特徴とする請求項２２記載の光イコライザ装置。
- 前記各減衰信号光の光レベルが予め定められたレベル差になるように前記可変光減衰器を制御する減衰量制御回路を備えることを特徴とする請求項２２記載の光イコライザ装置。
- １または互いに異なる波長の複数の信号光を含む波長多重信号光が入力され、該波長多重信号光を分波して分波信号光をそれぞれ出力する光分波器と、
前記分波信号光から選択的に所定の波長の信号光を分離する波長可変フィルタと、
前記波長可変フィルタを通過した前記分波信号光に選択的に所定の減衰量の光減衰をさせ、減衰信号光を出力する請求項２１記載の可変光減衰器と、
前記可変光減衰器からの前記減衰信号光または外部からの挿入信号光のいずれかを選択して出力するフィルタと、
前記フィルタから出力される前記減衰信号光または前記挿入信号光を合波する光合波器とを備えていることを特徴とする光挿入分離装置。 - 前記各減衰信号光および各挿入信号光の光レベルが均一になるように前記可変光減衰器を制御する減衰量制御回路を備えることを特徴とする請求項２５記載の光挿入分離装置。
- 前記各減衰信号光および各挿入信号光の光レベルが予め定められたレベル差になるように前記可変光減衰器を制御する減衰量制御回路を備えていることを特徴とする請求項２５記載の光挿入分離装置。
- ２本の光導波路と、該２本の光導波路の外側にそれぞれ配置される第一の電極および第二の電極と、前記２本の光導波路の間に配置される第三の電極とを含む位相シフト器と、
前記位相シフト器の一方端において接続され、前記２本の光導波路の一方から入力された信号光を分岐して前記２本の光導波路に出力する第一の方向性結合器と、
前記位相シフト器の他端において接続され、前記２本の光導波路から入力される信号光を結合させる第二の方向性結合器とを備えた導波路型光制御デバイスであって、
前記第一の電極と前記第二の電極のいずれか少なくとも１の電極、および前記第三の電極が前記第一の方向性結合器または前記第二の方向性結合器の一部分または全部にまで延伸し、かつ前記第三の電極から延伸した電極部分が前記２本の光導波路の一方に対して縦方向の電界を付与しうるように形成されていることを特徴とする導波路型光制御デバイス。 - 前記第三の電極から延伸した電極部分は、前記２本の光導波路の一方に重なりが生じるようにして、該一方の光導波路の上面又は裏面に配置されていることを特徴とする請求項２８記載の導波路型光制御デバイス。
- 基板内に位相シフト器および少なくとも１の方向性結合器が構成されるように２本の光導波路を形成し、
前記位相シフト器から前記方向性結合器の一部に及ぶように第一の電極および第二の電極を前記２本の光導波路の両外側に形成すると共に、前記位相シフト器から前記方向性結合器の一部に及ぶように第三の電極を前記２本の光導波路の間に形成し、同時に、前記第二および第三の電極の端部に複数の独立した電極片を所定間隔に形成しまたはヒューズで縦続接続された状態に複数の電極片を所定間隔に形成し、
前記方向性結合器の特性が所望の値になるように、前記複数の独立した電極片の必要数を内側からボンディングワイヤで順次接続し、または縦続接続された前記複数の電極片の前記ヒューズを外側から順次溶断することを特徴とする導波路型光制御デバイスの製造方法。
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