JPH11249089A - 電気制御可能型光減衰器 - Google Patents
電気制御可能型光減衰器Info
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- JPH11249089A JPH11249089A JP10365470A JP36547098A JPH11249089A JP H11249089 A JPH11249089 A JP H11249089A JP 10365470 A JP10365470 A JP 10365470A JP 36547098 A JP36547098 A JP 36547098A JP H11249089 A JPH11249089 A JP H11249089A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 特定の波長で特定の減衰を与えるべく導波路
網の波動スペクトル特性を変更するため一方のアームに
可変反射率素子を具備したマッハ・ツェンダー導波路構
造により形成される従来の電気制御型光減衰器は、スペ
クトル特性のため減衰が波長に依存する。 【解決手段】 本発明によれば、長い方の干渉アームに
電気制御可能型光路長調節器を具備したマッハ・ツェン
ダー網と、短い方の干渉アームに電気制御可能型光路長
調節器を具備したマッハ・ツェンダー網との直列結合に
より減衰器の波長依存性が低減される。
網の波動スペクトル特性を変更するため一方のアームに
可変反射率素子を具備したマッハ・ツェンダー導波路構
造により形成される従来の電気制御型光減衰器は、スペ
クトル特性のため減衰が波長に依存する。 【解決手段】 本発明によれば、長い方の干渉アームに
電気制御可能型光路長調節器を具備したマッハ・ツェン
ダー網と、短い方の干渉アームに電気制御可能型光路長
調節器を具備したマッハ・ツェンダー網との直列結合に
より減衰器の波長依存性が低減される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気制御可能型光
減衰器に関する。
減衰器に関する。
【０００２】
【従来の技術】英国特許出願ＧＢ ２ １８７ ８５８
Ａには、マッハ・ツェンダー(Mach Zehnder)構造の２個
の４ポート形３ｄＢ石英ファイバーカップラーの直列配
置により構成された電気制御可能な可変光出力比の単一
モード光ファイバー分岐素子が記載されている。図１に
概略的に記載されているこの種のデバイスにおいて、ポ
ート１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄ、並びに、カッ
プリング領域１０ｅを備えた第１の４ポート形３ｄＢ単
一モード石英ファイバーカップラー１０は、２本の単一
モードファイバーの全長を用いて、ポート１１ａ、１１
ｂ、１１ｃ及び１１ｄ、並びに、カップリング領域１１
ｅを備えた第２の４ポート形３ｄＢ単一モード石英ファ
イバーカップラー１１に光結合される。ポート１０ｂと
ポート１１ａの間、及び、ポート１０ｃとポート１１ｄ
の間に夫々延在する単一モード光ファイバーの全長１２
及び１３は、マッハ・ツェンダー構造の２本の干渉アー
ムを構成する。したがって、上記の干渉アーム１２及び
１３の光路長が一致する場合、この構造体のポート１０
ａに入射した全ての光はポート１１ｃから出現し、同様
にポート１０ｄに入射した全ての光はポート１ｂから出
現する。光が伝搬する導波路の任意の伸縮性のある光路
長は、物理的長さと、導波路内を伝搬する光の実効屈折
率との積である。２本のアームの光路長が一致しない場
合、ポート１０ａに入射した光は、光路長の差により導
入された位相差によって決まる比率でポート１１ｂとポ
ート１１ｃの間で分配される。所与の波長に対し、光路
長の差を増大させることにより、ポート１０ａからポー
ト１１ｃに到達する光の割合は、上昇型のコサイン特性
に従って変化する。ポート１０ａからポート１１ｂを介
して出現するパワーが吸収され、或いは、処理された場
合、ポート１０ａとポート１０ｂの間の光カップリング
は、光減衰器として動作する構造とみなし得る。一方の
干渉アームにある種の形式の電気バイアス式光路長調節
器１４を導入することにより、ポート１０ａとポート１
１ｂの間の光カップリングは、電気制御可能型光減衰器
として動作する構造とみなし得る。英国特許出願ＧＢ
２ １８７８５８Ａに記載された具体的な構造の場合、
調節器は、一方の干渉アームファイバーを物理的に伸縮
することにより光路長を変える電気歪み調節器である。
Ａには、マッハ・ツェンダー(Mach Zehnder)構造の２個
の４ポート形３ｄＢ石英ファイバーカップラーの直列配
置により構成された電気制御可能な可変光出力比の単一
モード光ファイバー分岐素子が記載されている。図１に
概略的に記載されているこの種のデバイスにおいて、ポ
ート１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄ、並びに、カッ
プリング領域１０ｅを備えた第１の４ポート形３ｄＢ単
一モード石英ファイバーカップラー１０は、２本の単一
モードファイバーの全長を用いて、ポート１１ａ、１１
ｂ、１１ｃ及び１１ｄ、並びに、カップリング領域１１
ｅを備えた第２の４ポート形３ｄＢ単一モード石英ファ
イバーカップラー１１に光結合される。ポート１０ｂと
ポート１１ａの間、及び、ポート１０ｃとポート１１ｄ
の間に夫々延在する単一モード光ファイバーの全長１２
及び１３は、マッハ・ツェンダー構造の２本の干渉アー
ムを構成する。したがって、上記の干渉アーム１２及び
１３の光路長が一致する場合、この構造体のポート１０
ａに入射した全ての光はポート１１ｃから出現し、同様
にポート１０ｄに入射した全ての光はポート１ｂから出
現する。光が伝搬する導波路の任意の伸縮性のある光路
長は、物理的長さと、導波路内を伝搬する光の実効屈折
率との積である。２本のアームの光路長が一致しない場
合、ポート１０ａに入射した光は、光路長の差により導
入された位相差によって決まる比率でポート１１ｂとポ
ート１１ｃの間で分配される。所与の波長に対し、光路
長の差を増大させることにより、ポート１０ａからポー
ト１１ｃに到達する光の割合は、上昇型のコサイン特性
に従って変化する。ポート１０ａからポート１１ｂを介
して出現するパワーが吸収され、或いは、処理された場
合、ポート１０ａとポート１０ｂの間の光カップリング
は、光減衰器として動作する構造とみなし得る。一方の
干渉アームにある種の形式の電気バイアス式光路長調節
器１４を導入することにより、ポート１０ａとポート１
１ｂの間の光カップリングは、電気制御可能型光減衰器
として動作する構造とみなし得る。英国特許出願ＧＢ
２ １８７８５８Ａに記載された具体的な構造の場合、
調節器は、一方の干渉アームファイバーを物理的に伸縮
することにより光路長を変える電気歪み調節器である。
【０００３】上記デバイスによって得られる減衰の値
は、２本の干渉アームの光路長の差によって導入された
位相差により決められるので、上記構造によって与えら
れる減衰の値は波長に依存することが避けられない。一
部のアプリケーションの場合、この波長依存性は許容で
きる程度に十分小さいが、他のアプリケーションの場
合、この波長依存性は許容できない程大きい。零バイア
スの条件下で、等しい光路長の干渉アームを備えた構造
に関して、図２は、一方の干渉アーム内の長さ１ｍｍの
部分の実効屈折率を加熱によって局部的に上昇させるこ
とにより生ずる種々の光路長の不均衡を表す量に対し、
１５３０ｎｍから１５６０ｎｍまでの（自由空間）波長
レンジに亘って計算された減衰の変動を示すグラフであ
る。同図を参照するに、上記波長レンジの全域におい
て、減衰のスペクトル変化は、約５ｄＢまでの減衰に対
し比例的に非常に小さいが、約１５ｄＢ以上の減衰に対
し、減衰のスペクトル変化は非常に重大になることが分
かる。
は、２本の干渉アームの光路長の差によって導入された
位相差により決められるので、上記構造によって与えら
れる減衰の値は波長に依存することが避けられない。一
部のアプリケーションの場合、この波長依存性は許容で
きる程度に十分小さいが、他のアプリケーションの場
合、この波長依存性は許容できない程大きい。零バイア
スの条件下で、等しい光路長の干渉アームを備えた構造
に関して、図２は、一方の干渉アーム内の長さ１ｍｍの
部分の実効屈折率を加熱によって局部的に上昇させるこ
とにより生ずる種々の光路長の不均衡を表す量に対し、
１５３０ｎｍから１５６０ｎｍまでの（自由空間）波長
レンジに亘って計算された減衰の変動を示すグラフであ
る。同図を参照するに、上記波長レンジの全域におい
て、減衰のスペクトル変化は、約５ｄＢまでの減衰に対
し比例的に非常に小さいが、約１５ｄＢ以上の減衰に対
し、減衰のスペクトル変化は非常に重大になることが分
かる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、例え
ば、英国特許出願ＧＢ ２ １８７ ８５８Ａに記載さ
れているような従来のマッハ・ツェンダー型構造減衰器
よりも波長感度が低減された電気制御可能型光減衰器を
提供することである。
ば、英国特許出願ＧＢ ２ １８７ ８５８Ａに記載さ
れているような従来のマッハ・ツェンダー型構造減衰器
よりも波長感度が低減された電気制御可能型光減衰器を
提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、零
バイアス条件下で均等ではない光路長の干渉アームを有
する二つのマッハ・ツェンダー構造体の直列配置を用い
ることにより達成される。一方のマッハ・ツェンダー構
造体の光路長調節器を短い方の干渉アームに配置し、他
方のマッハ・ツェンダー構造体の光路長調節器を長い方
の干渉アームに配置するよう構成することにより、両方
の調節器が同じ感度で動作する場合（すなわち、両方の
調節器が共に光路長を増大させるよう動作する場合、或
いは、両方の調節器が共に光路長を減少させるように動
作する場合）に、一方の構造体の波長感度を他方の構造
体の波長感度から少なくとも部分的にオフセットさせる
ことが可能である。
バイアス条件下で均等ではない光路長の干渉アームを有
する二つのマッハ・ツェンダー構造体の直列配置を用い
ることにより達成される。一方のマッハ・ツェンダー構
造体の光路長調節器を短い方の干渉アームに配置し、他
方のマッハ・ツェンダー構造体の光路長調節器を長い方
の干渉アームに配置するよう構成することにより、両方
の調節器が同じ感度で動作する場合（すなわち、両方の
調節器が共に光路長を増大させるよう動作する場合、或
いは、両方の調節器が共に光路長を減少させるように動
作する場合）に、一方の構造体の波長感度を他方の構造
体の波長感度から少なくとも部分的にオフセットさせる
ことが可能である。
【０００６】本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を
参照して以下の好ましい実施例の説明から容易に理解さ
れる。
参照して以下の好ましい実施例の説明から容易に理解さ
れる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図３を参照するに、本発明の第１
の実施例の減衰器は、光学的に直列接続された二つのマ
ッハ・ツェンダー構造光導波路網３０ａ及び３０ｂを含
む。光導波路網３０ａ及び３０ｂは、入力導波路３１ａ
及び３１ｂと、第１の４ポート形３ｄＢカップラー３３
ａ及び３３ｂ、光学的に並列した２本の干渉アームを含
む導波路３４ａ，３５ａ及び３４ｂ、３５ｂ、並びに、
第２の４ポート形３ｄＢカップラー３６ａ及び３６ｂの
直列結合により光結合された出力導波路３２ａ及び３２
ｂとを有する。干渉アーム３４ａは干渉アーム３５ａよ
りも長い。同様に干渉アーム３４ｂは干渉アーム３５ｂ
よりも長い。電気制御可能型光路長延長調節器３７ａは
導波路網３０ａの長い方の干渉アーム３４ａに設けら
れ、同様に電気制御可能型光路長延長調節器３７ｂは導
波路網３０ｂの短い方の干渉アーム３５ｂに設けられ
る。
の実施例の減衰器は、光学的に直列接続された二つのマ
ッハ・ツェンダー構造光導波路網３０ａ及び３０ｂを含
む。光導波路網３０ａ及び３０ｂは、入力導波路３１ａ
及び３１ｂと、第１の４ポート形３ｄＢカップラー３３
ａ及び３３ｂ、光学的に並列した２本の干渉アームを含
む導波路３４ａ，３５ａ及び３４ｂ、３５ｂ、並びに、
第２の４ポート形３ｄＢカップラー３６ａ及び３６ｂの
直列結合により光結合された出力導波路３２ａ及び３２
ｂとを有する。干渉アーム３４ａは干渉アーム３５ａよ
りも長い。同様に干渉アーム３４ｂは干渉アーム３５ｂ
よりも長い。電気制御可能型光路長延長調節器３７ａは
導波路網３０ａの長い方の干渉アーム３４ａに設けら
れ、同様に電気制御可能型光路長延長調節器３７ｂは導
波路網３０ｂの短い方の干渉アーム３５ｂに設けられ
る。
【０００８】干渉アーム３４ａと３５ａの相対的な光路
長は、調節器３７ａの零バイアス条件下で、第２の３ｄ
Ｂカップラー３６ａ側の入力導波路３１ｂと出力導波路
３２ｂとの間で実質的に１００％のカップリングが得ら
れるように決められる。４ポート形３ｄＢカップラー
は、１個のポートに入射した光を２個の等しい振幅の成
分に分割する。かくして、図１のカップラー１０を参照
するに、ポート１０ａに入射した光はカップリング領域
１０ｅによって２個の成分に分割され、カップリング領
域１０ｅから現れた２個の成分は夫々ポート１０ｂ及び
１０ｃに伝搬する。成分１０ｂは、光が最初に入射され
たときと同一の波長で伝搬するので、「直進」成分と称
される。これに対し、他方の成分は、「交差」成分と称
される。かかる４ポート式３ｄＢカップラーの一般的な
物理特性として、交差成分が直進成分よりもπ／２だけ
進んでいる２個の成分がカップリング領域から出現す
る。したがって、各導波路網３０ａ及び３０ｂに関し
て、入力導波路と出力導波路の間で必要な１００％カッ
プリングは、ｎが正整数を表し、２本のアームの間の光
路長の差が２ｎπの位相差に対応する場合に関係する。
その理由は、何れの導波路網の場合でも、入力導波路と
出力導波路は、同じ導波路の一部を形成しないからであ
る。これに対し、何れの導波路網の場合でも、出力導波
路が他のポートと連結されているならば、入力導波路及
び出力導波路は同じ導波路の一部となるので、１００％
のカップリング条件が（２ｎ−１）πの位相差に対応し
た干渉アーム光路長の差によって与えられる。
長は、調節器３７ａの零バイアス条件下で、第２の３ｄ
Ｂカップラー３６ａ側の入力導波路３１ｂと出力導波路
３２ｂとの間で実質的に１００％のカップリングが得ら
れるように決められる。４ポート形３ｄＢカップラー
は、１個のポートに入射した光を２個の等しい振幅の成
分に分割する。かくして、図１のカップラー１０を参照
するに、ポート１０ａに入射した光はカップリング領域
１０ｅによって２個の成分に分割され、カップリング領
域１０ｅから現れた２個の成分は夫々ポート１０ｂ及び
１０ｃに伝搬する。成分１０ｂは、光が最初に入射され
たときと同一の波長で伝搬するので、「直進」成分と称
される。これに対し、他方の成分は、「交差」成分と称
される。かかる４ポート式３ｄＢカップラーの一般的な
物理特性として、交差成分が直進成分よりもπ／２だけ
進んでいる２個の成分がカップリング領域から出現す
る。したがって、各導波路網３０ａ及び３０ｂに関し
て、入力導波路と出力導波路の間で必要な１００％カッ
プリングは、ｎが正整数を表し、２本のアームの間の光
路長の差が２ｎπの位相差に対応する場合に関係する。
その理由は、何れの導波路網の場合でも、入力導波路と
出力導波路は、同じ導波路の一部を形成しないからであ
る。これに対し、何れの導波路網の場合でも、出力導波
路が他のポートと連結されているならば、入力導波路及
び出力導波路は同じ導波路の一部となるので、１００％
のカップリング条件が（２ｎ−１）πの位相差に対応し
た干渉アーム光路長の差によって与えられる。
【０００９】図４及び５には、夫々、導波路網３０ａ及
び３０ｂに関して、光路長の差の等しい増分量を与える
バイアスの異なる値に対し、１５３０ｎｍから１５６０
ｎｍまでの自由空間波長レンジに亘って計算された減衰
の変動が示されてる。何れの例においても、零バイアス
条件下における干渉アーム光路差は、１５４５ｎｍ（自
由空間波長）で２πの位相角の差に対応する。図２と図
４を比較すると、図３の導波路網３０ａは図１の導波路
網と同じ種類の波長感度を示すが、導波路網３０ａの波
長依存性の方が強いということが分かる。図２、図４及
び図５を同様に比較すると、導波路網３０ｂは、図１の
導波路網の波長感度と、図３の導波路網３０ａの波長感
度との中間の波長感度を示すが、感度の符号は反転され
ている（短い方の波長ではなく、長い方の波長でより大
きい減衰が得られる）ことが分かる。
び３０ｂに関して、光路長の差の等しい増分量を与える
バイアスの異なる値に対し、１５３０ｎｍから１５６０
ｎｍまでの自由空間波長レンジに亘って計算された減衰
の変動が示されてる。何れの例においても、零バイアス
条件下における干渉アーム光路差は、１５４５ｎｍ（自
由空間波長）で２πの位相角の差に対応する。図２と図
４を比較すると、図３の導波路網３０ａは図１の導波路
網と同じ種類の波長感度を示すが、導波路網３０ａの波
長依存性の方が強いということが分かる。図２、図４及
び図５を同様に比較すると、導波路網３０ｂは、図１の
導波路網の波長感度と、図３の導波路網３０ａの波長感
度との中間の波長感度を示すが、感度の符号は反転され
ている（短い方の波長ではなく、長い方の波長でより大
きい減衰が得られる）ことが分かる。
【００１０】したがって、図３の直列配置の場合に、導
波路網３０ａと導波路網３０ｂの一方の波長感度は、他
方の導波路網の波長感度をオフセットさせるように作用
する。電気的に発生された光路差を巧みに重み付けする
ことにより、直列配置の波長感度は最小限に抑えられ得
る。この重み付けを実現するためには、例えば、一方の
調節器３７ａ及び３７ｂを他方の調節器よりも延ばし、
その結果として、両方の調節器に同じレベルのバイアス
を加えることにより、長い方の調節器が設けられた干渉
アームの位相差を、短い方の調節器が設けられた干渉ア
ームの位相差よりも大きくすればよい。別の重み付け装
置は、一方の調節器に対し他方の調節器よりも比例的に
大きいバイアスを加えることにより重み付けを行う。こ
のような比例関係は、例えば、分圧器（図示しない）を
用いることにより実現される。図３の各導波路網３０ａ
及び３０ｂにおいて、零バイアス条件下で２πの位相差
を用いるとき、導波路網３０ａによって示される波長感
度の方が大きいということは、両方の導波路網の直列配
置によって得られる最小波長依存性に対する最適重み付
けが比率１乃至４の近傍にあることを意味する。非常に
均等な重み付けは、二つの導波路回路網３０ａ及び３０
ｂの干渉アームの零バイアス光路長の差の種々の値を使
用することにより実現される。例えば、光路長の差は、
導波路網３０ａにおいて２πの位相差を与え、導波路網
３０ｂに４πの位相差を与える場合がある。導波路網３
０ａと３０ｂの一方で、１００％のカップリングが「交
差」ではなく「直進」となるように入力導波路と出力導
波路の接続を切り換えることにより、二つの導波路網の
間の位相差の差は、２πからπまで減少される。例え
ば、導波路網３０ａが「交差」網を保ち、一方、導波路
網３０ｂが「直進」網に変換される場合、２πの位相差
を導波路網３０ａで利用し、３πの位相差を導波路網３
０ｂで利用できるようになる。
波路網３０ａと導波路網３０ｂの一方の波長感度は、他
方の導波路網の波長感度をオフセットさせるように作用
する。電気的に発生された光路差を巧みに重み付けする
ことにより、直列配置の波長感度は最小限に抑えられ得
る。この重み付けを実現するためには、例えば、一方の
調節器３７ａ及び３７ｂを他方の調節器よりも延ばし、
その結果として、両方の調節器に同じレベルのバイアス
を加えることにより、長い方の調節器が設けられた干渉
アームの位相差を、短い方の調節器が設けられた干渉ア
ームの位相差よりも大きくすればよい。別の重み付け装
置は、一方の調節器に対し他方の調節器よりも比例的に
大きいバイアスを加えることにより重み付けを行う。こ
のような比例関係は、例えば、分圧器（図示しない）を
用いることにより実現される。図３の各導波路網３０ａ
及び３０ｂにおいて、零バイアス条件下で２πの位相差
を用いるとき、導波路網３０ａによって示される波長感
度の方が大きいということは、両方の導波路網の直列配
置によって得られる最小波長依存性に対する最適重み付
けが比率１乃至４の近傍にあることを意味する。非常に
均等な重み付けは、二つの導波路回路網３０ａ及び３０
ｂの干渉アームの零バイアス光路長の差の種々の値を使
用することにより実現される。例えば、光路長の差は、
導波路網３０ａにおいて２πの位相差を与え、導波路網
３０ｂに４πの位相差を与える場合がある。導波路網３
０ａと３０ｂの一方で、１００％のカップリングが「交
差」ではなく「直進」となるように入力導波路と出力導
波路の接続を切り換えることにより、二つの導波路網の
間の位相差の差は、２πからπまで減少される。例え
ば、導波路網３０ａが「交差」網を保ち、一方、導波路
網３０ｂが「直進」網に変換される場合、２πの位相差
を導波路網３０ａで利用し、３πの位相差を導波路網３
０ｂで利用できるようになる。
【００１１】図６には、導波路網３０ａ及び３０ｂの直
列配置に関して、零バイアス位相差が（１５４５ｎｍに
おいて）何れの場合にも２πであるときに、光路長不均
衡の種々の量を与える略最適に重み付けられた（１乃至
４）異なる値に対し、１５３０ｎｍから１５６０ｎｍま
での自由空間波長レンジに亘って計算された減衰の変動
が示されてる。かかる直列配置の波長感度は、図１の単
独の導波路網に対し計算された波長感度よりも著しく低
減されることに特に注意する必要がある。
列配置に関して、零バイアス位相差が（１５４５ｎｍに
おいて）何れの場合にも２πであるときに、光路長不均
衡の種々の量を与える略最適に重み付けられた（１乃至
４）異なる値に対し、１５３０ｎｍから１５６０ｎｍま
での自由空間波長レンジに亘って計算された減衰の変動
が示されてる。かかる直列配置の波長感度は、図１の単
独の導波路網に対し計算された波長感度よりも著しく低
減されることに特に注意する必要がある。
【００１２】３ポート式３ｄＢのＹ字形カップラーは、
図３の直列網配置の４ポート式３ｄＢカップラーの代わ
りに用いることができる。図７は、導波路網７０ａ及び
７０ｂの直列配置を示す図であり、図３に示された直列
配置と図７に示された直接配置との相違点は、第１及び
第２の４ポート式３ｄＢカップラー３３ａ、３３ｂ及び
３６ａ、３６ｂが、夫々、第１及び第２の３ポート式３
ｄＢのＹ字形カップラー７３ａ、７３ｂ及び７６ａ、７
６ｂと置き換えられていることである。３ｄＢのＹ字形
カップラーを用いることにより、共通アームに入射した
パワーは、２本の分枝アームの間で均等に分配され、２
本の分岐アームに入射した成分の間に位相差は存在しな
い。したがって、入力導波路３１ａと出力導波路３２ａ
との間に１００％のカップリングを得るため、２本の干
渉アーム３４ａと３５ａの間の光路長の差は２ｎπの位
相に一致する必要がある。同じ関係は、導波路７０ｂに
ついても要求される。光路長の差が（２ｎ−１）πの位
相角の差に対応する場合、光パワーは、導波路３２ａの
単一導波コアモードの際に入射しない。その代わりに、
パワーは１次以上の（非導波）モード中に伝搬する。１
次以上のモードでは、単一導波コアモードよりも本質的
に非常に大きく減衰される。しかし、Ｙ字形カップラー
７６ａと７１ｂの間の間隔が非常に狭いため、この自然
な減衰が不充分である場合、ある形式のクラッディング
モードストリッパー７８を用いることにより減衰を増大
させてもよい。
図３の直列網配置の４ポート式３ｄＢカップラーの代わ
りに用いることができる。図７は、導波路網７０ａ及び
７０ｂの直列配置を示す図であり、図３に示された直列
配置と図７に示された直接配置との相違点は、第１及び
第２の４ポート式３ｄＢカップラー３３ａ、３３ｂ及び
３６ａ、３６ｂが、夫々、第１及び第２の３ポート式３
ｄＢのＹ字形カップラー７３ａ、７３ｂ及び７６ａ、７
６ｂと置き換えられていることである。３ｄＢのＹ字形
カップラーを用いることにより、共通アームに入射した
パワーは、２本の分枝アームの間で均等に分配され、２
本の分岐アームに入射した成分の間に位相差は存在しな
い。したがって、入力導波路３１ａと出力導波路３２ａ
との間に１００％のカップリングを得るため、２本の干
渉アーム３４ａと３５ａの間の光路長の差は２ｎπの位
相に一致する必要がある。同じ関係は、導波路７０ｂに
ついても要求される。光路長の差が（２ｎ−１）πの位
相角の差に対応する場合、光パワーは、導波路３２ａの
単一導波コアモードの際に入射しない。その代わりに、
パワーは１次以上の（非導波）モード中に伝搬する。１
次以上のモードでは、単一導波コアモードよりも本質的
に非常に大きく減衰される。しかし、Ｙ字形カップラー
７６ａと７１ｂの間の間隔が非常に狭いため、この自然
な減衰が不充分である場合、ある形式のクラッディング
モードストリッパー７８を用いることにより減衰を増大
させてもよい。
【００１３】上記の通り、４ポート式３ｄＢカップラー
を用いる図３の導波路網３０ａ及び３０ｂの場合、入力
導波路及び出力導波路が「交差」又は「直進」の何れの
構造で配置されているかに従って２ｎπ又は（２ｎ−
１）πの位相角に対応した光路長の差によって、導波路
網の入力導波路と出力導波路の間に１００％カップリン
グを設けることが可能である。導波路網７０ａ及び７０
ｂに実現可能な構成が１種類しかない場合、１００％カ
ップリングに対する唯一の位相角の選択肢は２πの位相
角である。しかし、１００％カップリングに対する種々
の位相角関係は、図８及び９に夫々示されたハイブリッ
ド式マッハ・ツェナー導波路網８０及び９０によって得
られる。図８の導波路網８０は、電気制御可能型光路長
調整器８７が、図８に実線で示されるように長い方の干
渉アーム８４に設けられているか、又は、破線で示され
るように短い方の干渉アーム８５に設けられているかに
よって、図３の導波路網３０ａ又は３０ｂと類似してい
る。図８の導波路網８０は、一方の４ポート式３ｄＢカ
ップラー８６は変わらないが、他方の４ポート式３ｄＢ
カップラー３３ａが３ｄＢのＹ字形カップラー８３で置
換されている点で図３の導波路網と基本的に異なる。図
９の導波路網９０は、４ポート式３ｄＢカップラー８３
が３ポート式３ｄＢカップラー９３で置き換えられ、３
ポート式３ｄＢカップラー８６が４ポート式３ｄＢカッ
プラー９６で置き換えられている点で図８の導波路網８
０と相違する。導波路網８０において、入力がポート８
３ａに供給される場合、干渉アーム８５内の成分は干渉
アーム８４内の成分よりもπ／２だけ進む。このような
状況では、零バイアス１００％カップリング条件は、干
渉アーム８４の光路長が零バイアス条件で干渉アーム８
５の光路長よりも位相角（２ｎ＋１／２）πに対応した
量だけ長い場合に与えられる。これに応じて、入力がポ
ート８３ｄに供給された場合、（２ｎ−１／２）πの位
相角は必要なカップリングを提供する。
を用いる図３の導波路網３０ａ及び３０ｂの場合、入力
導波路及び出力導波路が「交差」又は「直進」の何れの
構造で配置されているかに従って２ｎπ又は（２ｎ−
１）πの位相角に対応した光路長の差によって、導波路
網の入力導波路と出力導波路の間に１００％カップリン
グを設けることが可能である。導波路網７０ａ及び７０
ｂに実現可能な構成が１種類しかない場合、１００％カ
ップリングに対する唯一の位相角の選択肢は２πの位相
角である。しかし、１００％カップリングに対する種々
の位相角関係は、図８及び９に夫々示されたハイブリッ
ド式マッハ・ツェナー導波路網８０及び９０によって得
られる。図８の導波路網８０は、電気制御可能型光路長
調整器８７が、図８に実線で示されるように長い方の干
渉アーム８４に設けられているか、又は、破線で示され
るように短い方の干渉アーム８５に設けられているかに
よって、図３の導波路網３０ａ又は３０ｂと類似してい
る。図８の導波路網８０は、一方の４ポート式３ｄＢカ
ップラー８６は変わらないが、他方の４ポート式３ｄＢ
カップラー３３ａが３ｄＢのＹ字形カップラー８３で置
換されている点で図３の導波路網と基本的に異なる。図
９の導波路網９０は、４ポート式３ｄＢカップラー８３
が３ポート式３ｄＢカップラー９３で置き換えられ、３
ポート式３ｄＢカップラー８６が４ポート式３ｄＢカッ
プラー９６で置き換えられている点で図８の導波路網８
０と相違する。導波路網８０において、入力がポート８
３ａに供給される場合、干渉アーム８５内の成分は干渉
アーム８４内の成分よりもπ／２だけ進む。このような
状況では、零バイアス１００％カップリング条件は、干
渉アーム８４の光路長が零バイアス条件で干渉アーム８
５の光路長よりも位相角（２ｎ＋１／２）πに対応した
量だけ長い場合に与えられる。これに応じて、入力がポ
ート８３ｄに供給された場合、（２ｎ−１／２）πの位
相角は必要なカップリングを提供する。
【００１４】
【実施例】図４、５及び６のグラフを作成したモデリン
グと同じモデリングを、３ポート式Ｙ字形カップラーを
使用するマッハ・ツェンダー網に関して繰り返し行うこ
とにより、図１０、１１及び１２のグラフが作成され
る。図１０及び１１は、夫々、図７の３ポート式３ｄＢ
カップラー型導波路網の具体的な例であり、２πの位相
差に対応する零バイアス干渉アーム長の差を有する導波
路網３０ａ及び３０ｂに関して、計算された波長依存性
を種々の印加バイアスレベルに対して示すグラフであ
る。図１２は、同様に、１：３の重み付け比で作動され
る導波路網３０ａ及び３０ｂの直列配置に関して波長依
存性を示すグラフである。図１０乃至１２は、２πの位
相差に対応する零バイアス干渉アーム長の差を夫々に有
するＹ字形カップラー導波路網３０ａ及び３０ｂの直列
配置である図７の実施例に対する測定によって得られた
図１３乃至１５に示されたグラフとの比較の基準を提供
する。図１２及び１５に関して、比較は図１５のグラフ
に対する重み付け比が１：１であるという限りにおいて
直接的な比較ではない。上記Ｙ字形カップラー型ネット
ワークは、二酸化珪素緩衝層をプレーナシリコン基板上
に被覆し、上記緩衝層上に二酸化珪素がドープされたコ
アガラス層を被覆し、次に、パターニングし、続いて、
二酸化珪素がドープされたクラッディングガラス層を被
覆する二酸化珪素−シリコン技術を用いて製造された集
積化光学型チャネル導波路構造体である。各段階におい
て、被覆はプラズマ・エンハンスト・化学蒸着法（ＰＥ
ＣＶＤ）によって行われる。コアガラス層は、材料の屈
折率が緩衝層及びクラッディング層の材料よりも７×１
０-3だけ高められるドープ濃度でゲルマニウムがドープ
された二酸化珪素により作られる。導波路網の導波路
は、幅が６μｍ、高さが５μｍの断面を有する。Ｙ字形
カップラーのＳ字形湾曲部の曲率は３０ｍｍであり、光
路長調節器の近傍で導波路網の２本の干渉アームの間隔
は１６０μｍである。各調節器は、長さ２ｍｍ、幅１２
μｍの寸法の別々のヒータが得られるようにクロムのス
パッタ層のパターニングにより作成されたジュール効果
加熱素子である。
グと同じモデリングを、３ポート式Ｙ字形カップラーを
使用するマッハ・ツェンダー網に関して繰り返し行うこ
とにより、図１０、１１及び１２のグラフが作成され
る。図１０及び１１は、夫々、図７の３ポート式３ｄＢ
カップラー型導波路網の具体的な例であり、２πの位相
差に対応する零バイアス干渉アーム長の差を有する導波
路網３０ａ及び３０ｂに関して、計算された波長依存性
を種々の印加バイアスレベルに対して示すグラフであ
る。図１２は、同様に、１：３の重み付け比で作動され
る導波路網３０ａ及び３０ｂの直列配置に関して波長依
存性を示すグラフである。図１０乃至１２は、２πの位
相差に対応する零バイアス干渉アーム長の差を夫々に有
するＹ字形カップラー導波路網３０ａ及び３０ｂの直列
配置である図７の実施例に対する測定によって得られた
図１３乃至１５に示されたグラフとの比較の基準を提供
する。図１２及び１５に関して、比較は図１５のグラフ
に対する重み付け比が１：１であるという限りにおいて
直接的な比較ではない。上記Ｙ字形カップラー型ネット
ワークは、二酸化珪素緩衝層をプレーナシリコン基板上
に被覆し、上記緩衝層上に二酸化珪素がドープされたコ
アガラス層を被覆し、次に、パターニングし、続いて、
二酸化珪素がドープされたクラッディングガラス層を被
覆する二酸化珪素−シリコン技術を用いて製造された集
積化光学型チャネル導波路構造体である。各段階におい
て、被覆はプラズマ・エンハンスト・化学蒸着法（ＰＥ
ＣＶＤ）によって行われる。コアガラス層は、材料の屈
折率が緩衝層及びクラッディング層の材料よりも７×１
０-3だけ高められるドープ濃度でゲルマニウムがドープ
された二酸化珪素により作られる。導波路網の導波路
は、幅が６μｍ、高さが５μｍの断面を有する。Ｙ字形
カップラーのＳ字形湾曲部の曲率は３０ｍｍであり、光
路長調節器の近傍で導波路網の２本の干渉アームの間隔
は１６０μｍである。各調節器は、長さ２ｍｍ、幅１２
μｍの寸法の別々のヒータが得られるようにクロムのス
パッタ層のパターニングにより作成されたジュール効果
加熱素子である。
【図１】従来技術の光減衰器のマッハ・ツェンダー構造
体の概略図である。
体の概略図である。
【図２】従来技術の光減衰器の具体的な一例の計算され
たスペクトル特性を示すグラフである。
たスペクトル特性を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施例による減衰器の概略図で
ある。
ある。
【図４】長い方の干渉アームに光路長延長調節器を有す
るマッハ・ツェンダー構造光導波路網の具体例の計算さ
れたスペクトル特性を示すグラフである。
るマッハ・ツェンダー構造光導波路網の具体例の計算さ
れたスペクトル特性を示すグラフである。
【図５】短い方の干渉アームに光路長延長調節器を有す
るマッハ・ツェンダー構造光導波路網の具体例の計算さ
れたスペクトル特性を示すグラフである。
るマッハ・ツェンダー構造光導波路網の具体例の計算さ
れたスペクトル特性を示すグラフである。
【図６】図３に示された減衰器の具体的な一例の計算さ
れたスペクトル特性を示すグラフである。
れたスペクトル特性を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施例による減衰器の概略図で
ある。
ある。
【図８】ハイブリッド式マッハ・ツェンダー構造体の他
の形式を示す概略図である。
の形式を示す概略図である。
【図９】ハイブリッド式マッハ・ツェンダー構造体の他
の形式を示す概略図である。
の形式を示す概略図である。
【図１０】４ポート形３ｄＢカップラーの代わりに３ポ
ート形３ｄＢのＹ字形カップラーを用いて構成されたマ
ッハ・ツェンダー構造体の例に関して、長い方の干渉ア
ームに光路長延長調節器を有するマッハ・ツェンダー構
造光導波路網の具体例の計算されたスペクトル特性を示
すグラフである。
ート形３ｄＢのＹ字形カップラーを用いて構成されたマ
ッハ・ツェンダー構造体の例に関して、長い方の干渉ア
ームに光路長延長調節器を有するマッハ・ツェンダー構
造光導波路網の具体例の計算されたスペクトル特性を示
すグラフである。
【図１１】４ポート形３ｄＢカップラーの代わりに３ポ
ート形３ｄＢのＹ字形カップラーを用いて構成されたマ
ッハ・ツェンダー構造体の例に関して、短い方の干渉ア
ームに光路長延長調節器を有するマッハ・ツェンダー構
造光導波路網の具体例の計算されたスペクトル特性を示
すグラフである。
ート形３ｄＢのＹ字形カップラーを用いて構成されたマ
ッハ・ツェンダー構造体の例に関して、短い方の干渉ア
ームに光路長延長調節器を有するマッハ・ツェンダー構
造光導波路網の具体例の計算されたスペクトル特性を示
すグラフである。
【図１２】４ポート形３ｄＢカップラーの代わりに３ポ
ート形３ｄＢのＹ字形カップラーを用いて構成されたマ
ッハ・ツェンダー構造体の例に関して、減衰器の具体的
な一例の計算されたスペクトル特性を示すグラフであ
る。
ート形３ｄＢのＹ字形カップラーを用いて構成されたマ
ッハ・ツェンダー構造体の例に関して、減衰器の具体的
な一例の計算されたスペクトル特性を示すグラフであ
る。
【図１３】４ポート形３ｄＢカップラーの代わりに３ポ
ート形３ｄＢのＹ字形カップラーを用いて構成されたマ
ッハ・ツェンダー構造体の例に関して、長い方の干渉ア
ームに光路長延長調節器を有するマッハ・ツェンダー構
造光導波路網の具体例の測定されたスペクトル特性を示
すグラフである。
ート形３ｄＢのＹ字形カップラーを用いて構成されたマ
ッハ・ツェンダー構造体の例に関して、長い方の干渉ア
ームに光路長延長調節器を有するマッハ・ツェンダー構
造光導波路網の具体例の測定されたスペクトル特性を示
すグラフである。
【図１４】４ポート形３ｄＢカップラーの代わりに３ポ
ート形３ｄＢのＹ字形カップラーを用いて構成されたマ
ッハ・ツェンダー構造体の例に関して、短い方の干渉ア
ームに光路長延長調節器を有するマッハ・ツェンダー構
造光導波路網の具体例の測定されたスペクトル特性を示
すグラフである。
ート形３ｄＢのＹ字形カップラーを用いて構成されたマ
ッハ・ツェンダー構造体の例に関して、短い方の干渉ア
ームに光路長延長調節器を有するマッハ・ツェンダー構
造光導波路網の具体例の測定されたスペクトル特性を示
すグラフである。
【図１５】４ポート形３ｄＢカップラーの代わりに３ポ
ート形３ｄＢのＹ字形カップラーを用いて構成されたマ
ッハ・ツェンダー構造体の例に関して、減衰器の具体的
な一例の測定されたスペクトル特性を示すグラフであ
る。
ート形３ｄＢのＹ字形カップラーを用いて構成されたマ
ッハ・ツェンダー構造体の例に関して、減衰器の具体的
な一例の測定されたスペクトル特性を示すグラフであ
る。
３０ａ，３０ｂ マッハ・ツェンダー構造光導波路網 ３１ａ，３１ｂ 入力導波路 ３２ａ，３２ｂ 出力導波路 ３３ａ，３３ｂ 第１の４ポート形３ｄＢカップラー ３４ａ，３５ａ，３４ｂ、３５ｂ 干渉アーム ３６ａ，３６ｂ 第２の４ポート形３ｄＢカップラー ３７ａ，３７ｂ 電気制御可能型光路長延長調節器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーヴン デイ イギリス国，エセックス シーエム18 ６ エービー，ハーロウ，ウエストフィールド 18 (72)発明者 テリー ヴィクター クラップ イギリス国，ハートフォードシャー エス ジー11 １エルエイチ，スタンドン，グリ ーン・レイズ・コテージーズ ７
Claims (3)
- 【請求項１】 光学的に直列結合された第１及び第２の
マッハ・ツェンダー構造光導波路網を有し、 各マッハ・ツェンダー構造光導波路網は、入力導波路
と、第１の３ｄＢカップラー、光学的に並列した２本の
干渉アーム導波路、及び、第２の３ｄＢカップラーの直
列結合によって上記入力導波路に光結合された出力導波
路とを有し、 上記各マッハ・ツェンダー構造光導波路網の一方の干渉
アームは、電気的にバイアスされた光路長調節器が設け
られ、 上記調節器の零バイアス条件下で、上記各マッハ・ツェ
ンダー構造光導波路網の上記２本の干渉アームには、上
記入力導波路と上記出力導波路の間に実質的に１００％
の光カップリングが得られるマッハ・ツェンダー構造光
導波路網の上記第２の３ｄＢカップラーに干渉条件を与
える非零の量の光路長の差があり、 上記調節器は、一方のマッハ・ツェンダー構造光導波路
網の長い方の干渉アーム導波路と、他方のマッハ・ツェ
ンダー構造光導波路網の短い方の干渉アーム導波路とに
設けられている電気制御可能型光減衰器。 - 【請求項２】 上記調節器は電熱素子によって構成され
ている請求項１記載の電気制御可能型光減衰器。 - 【請求項３】 上記第１及び第２の各マッハ・ツェンダ
ー構造光導波路網に関して、上記各マッハ・ツェンダー
構造光導波路網の上記調節器の零バイアス条件下で、上
記各マッハ・ツェンダー構造光導波路網の上記２本の干
渉アーム導波路には、ｎが正整数を表すとき、ｎπの位
相角の差を与える非零の量だけ光路長の差がある請求項
１記載の電気制御可能型光減衰器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US997752 | 1997-12-24 | ||
| US08/997,752 US5956437A (en) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | Electrically controllable optical attenuator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11249089A true JPH11249089A (ja) | 1999-09-17 |
Family
ID=25544350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10365470A Pending JPH11249089A (ja) | 1997-12-24 | 1998-12-22 | 電気制御可能型光減衰器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5956437A (ja) |
| EP (1) | EP0926532A3 (ja) |
| JP (1) | JPH11249089A (ja) |
| CA (1) | CA2254148A1 (ja) |
| GB (1) | GB2332751A (ja) |
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1998
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