WO2006075702A1

WO2006075702A1 - 導波路型可変光減衰器

Info

Publication number: WO2006075702A1
Application number: PCT/JP2006/300372
Authority: WO
Inventors: Yasuaki Hashizume; Yasuyuki Inoue; Takashi Saida; Akio Sugita
Original assignee: Nippon Telegraph And Telephone Corporation
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2006-07-20
Also published as: JP2011065187A; CN100437212C; EP2447761B1; EP2447761A1; EP1837700A1; KR20060132937A; US7389033B2; JP4932029B2; EP1837700A4; KR100724683B1; US20070212012A1; CN1942809A; JP4675336B2; JPWO2006075702A1

Abstract

　偏波依存性の小さな導波路型可変光減衰器を提供する。第１および第２の光カプラ部での導波路複屈折率（絶対値）を３．５×記号１０－４以上に設定することで、偏波モード結合を－２５ｄＢ以下にして、第１および第２の光カプラでのクロスポートにおける偏波モード結合に起因する偏波依存性の影響を抑制する。これに加え、又は単独に、アーム導波路長を、使用光波長を導波路複屈折で割って求められるビート長の整数倍に設計してもよい。

Description

導波路型可変光減衰器

技術分野

[0001] 本発明は、基板上の光導波路で構成された導波路型可変光減衰器に関する。更に詳しくは、本発明は、その構成要素である光力ブラにおける導波路複屈折を一定の値以上に設定して偏波モード結合を抑制するか、もしくはアーム導波路の長さを複屈折ビート長の整数倍に設定することにより、偏波依存性を抑制した偏波無依存導波路型可変光減衰器に関する。

背景技術

[0002] 近年、通信容量の拡大のために複数の光波長を用いた光波長多重通信システム（ WDMシステム）の開発が盛んである。光波長多重通信システムでは、非線形抑圧やクロストーク抑圧の観点から、各波長信号のレベルを等しくすることが求められる。現在、このレベル等化のために導波路型可変光減衰器が広く用いられようとして、る。導波路型可変光減衰器は、アレイ化などの集積ィ匕が容易であるため、経済化や小型ィ匕の観点で、それ以外のバルタ型 '磁気光学型 ' MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)型可変光減衰器よりも有利である。

[0003] 図面を用いて導波路型可変光減衰器の説明を行う。図 8に従来の代表的な導波路型可変光減衰器の平面図を示す。この導波路型可変光減衰器 100は、入力導波路 101a, 101b,第 1の光力プラ 102、 2本のアーム導波路 103, 104、それらアーム導波路上に配置された位相制御器 105、第 2の光力ブラ 106、出力導波路 107a、 107 b、および薄膜ヒータ 108を有する。 110は後述する応力解放溝である。

[0004] 図 9は、上記の応力解放溝 110が形成されていない従来例を想定した場合の図 8 の IX— IX切断線に沿う拡大断面図である。図 9に示すように、導波路型可変光減衰器 100の基板として熱伝導性に優れたシリコン基板 109が使われ、埋め込まれた石英系導波路 103, 104の表面に薄膜ヒータ 108が配置された構成となっている。

[0005] その導波路型可変光減衰器 100の動作原理を以下に簡単に説明する。入力導波路 101aから入射された光は、第 1の光力ブラ 102で 2分岐されて 2本のアーム導波路 103, 104に分かれる。そして、位相制御器 105を具備したアーム導波路 103, 104 を伝搬した光は再度第 2の光力ブラ 106で合波されることにより互いに干渉して、互いの位相が一致している場合にはクロスポート出力導波路 107bに、互いの位相が π ずれている場合にはスルーポート出力導波路 107aに、そして、その中間の状態の場合には互いの位相差に応じて両方の出力導波路 107a, 107bからそれぞれ光が出力される。第 2の光力ブラ 106に入射するときの 2つの光の位相関係は、アーム導波路 104に設けた位相制御器 105で制御される。位相制御器 105として、石英系導波路 103, 104上に配置された薄膜ヒータ 108からなる熱光学位相制御器がよく用いられる。熱光学効果は、原理的には偏波依存性のない現象であるため、電気光学効果や光弾性効果に比べて、偏波依存性が少な、と、う特徴を有して、る。

[0006] 上述のとおり、熱光学効果を用いた従来の導波路型可変光減衰器は、アレイ化など集積化が容易であるため、電気光学効果や光弾性効果などの他技術を用いた可変光減衰器に比べて、経済化 ·小型化の観点力も有利である。

[0007] し力しながら、実際には、熱光学効果を用いた従来の導波路型可変光減衰器は、可変光減衰器の減衰量を増やしたときに、偏波依存性 (polarization dependent loss ： PDL)が大きくなるという問題点を有していた。図 9の断面構造を有する可変光減衰器の光減衰量と PDLとの関係を図 10に示す。図 10に示すように、 15dBの光減衰量にお!/、て 4dB近くの大きな PDLが発生して!/、る。光減衰時の PDLが大き!/、と!/、うことは、光ファイバ中の偏波状態を規定しない現行の光通信システム運用上極めて大きな問題であり、これが導波路型可変光減衰器の普及を妨げている最大の原因であつた。

[0008] このように、従来の導波路型可変光減衰器は可変光減衰器の光減衰量を増やしたときに、光減衰器の偏波依存性が大きヽとヽぅ解決すべき点を有して、た。

[0009] 非特干文献 1： Y. Inoue et al., Polarization sensitivity of a silica waveguide thermo- o ptic phase shifter for planar lightwave circuits, IEEE Photon. Technol. Lett., vol.4, no . l,pp.36-38,Jan. l992.

非特許文献 2 : KIM et al., Limitation of PMD Compensation Due to Polarization- De pendent Loss in High-Speed Optical Transmission Links," IEEE PHOTONICS TEC HNOLOGY LETTERS, VOL. 14, NO. 1, JANUARY 2002.

発明の開示

[0010] 本発明の目的は、導波路型可変光減衰器の偏波依存性の問題を解消することにより、偏波依存性の小さな導波路型可変光減衰器を提供することである。

[0011] 上記目的を達成するため、本発明の第 1の態様は、基板上に形成された導波路で構成される導波路型可変光減衰器において、前記可変光減衰器が、入力導波路、第 1の光力ブラ、第 2の光力ブラ、前記第 1と第 2の光力ブラを結ぶ 2本のアーム導波路、および出力導波路から構成されており、前記第 1と第 2の光力ブラは前記 2本のアーム導波路が近接する領域を含み構成される方向性結合器であって、特に、前記第 1、第 2の光力ブラにおける偏波モード結合が一 25dB以下であることを特徴とする

[0012] ここで、前記第 1、第 2の光力ブラを構成する該光力ブラ部分での導波路の複屈折率の絶対値が 3. 5 X 10_⁴以上であることを特徴とすることができる。

[0013] また、前記第 1と第 2の光力ブラが、前記 2本のアーム導波路を近接して構成する方向性結合器であることを特徴とすることができる。

[0014] さらに、前記アーム導波路の長さが、使用光波長を導波路複屈折で割って求められるビート長の整数倍に設計されていることを特徴とすることができる。

[0015] また、好ましくは、前記 2本のアーム導波路の少なくとも一方に位相制御器を具備しており、可変光減衰器もしくは光スィッチとして機能するとすることができる。

[0016] また、好ましくは、前記基板がシリコン基板であり、前記導波路が石英系ガラス導波路であるとすることができる。

[0017] 上記構成により、本発明によれば、光減衰時の PDL (偏波依存性)が小さな導波路型可変光減衰器、光スィッチおよび、光フィルタを実現することが可能となる。この結果として、本発明によれば、小型で集積性に優れた導波路型可変光減衰器、光スィツチおよび、光フィルタが実用的になり、そのため、本発明は、光波長多重通信システムの通信装置等の経済化等に寄与する。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]図 1は本発明の第 1の実施形態の導波路型可変光減衰器の構成を示す平面図である。

圆 2]図 2は本発明の第 1の実施形態の導波路型可変光減衰器の断面構造を拡大して示す断面拡大図である。

圆 3A]図 3Aは本発明の第 1の実施形態の導波路型可変光減衰器の導波路作製ェ程を示す工程図である。

圆 3B]図 3Bは本発明の第 1の実施形態の導波路型可変光減衰器の導波路作製ェ程を示す工程図である。

圆 3C]図 3Cは本発明の第 1の実施形態の導波路型可変光減衰器の導波路作製ェ程を示す工程図である。

圆 3D]図 3Dは本発明の第 1の実施形態の導波路型可変光減衰器の導波路作製ェ程を示す工程図である。

圆 3E]図 3Eは本発明の第 1の実施形態の導波路型可変光減衰器の導波路作製ェ程を示す工程図である。

圆 4]図 4は導波路複屈折と方向性結合器クロスポートにおける偏波モード結合量の関係を示す特性図である。

圆 5]図 5は本発明の第 1の実施形態の導波路型可変光減衰器における光減衰量と偏波依存損失 (PDL)との関係を示す特性図である。

[図 6]図 6は本発明の第 2の実施形態の可変光減衰器における光減衰量と偏波依存損失 (PDL)との関係を示す特性図である。

[図 7]図 7は本発明の第 3の実施形態の導波路型可変光減衰器における光減衰量と偏波依存損失 (PDL)との関係を示す特性図である。

圆 8]図 8は従来技術による導波路型可変光減衰器の構成を示す平面図である。

[図 9]図 9は従来技術による導波路型可変光減衰器の断面構造を拡大して示す断面拡大図である。

[図 10]図 10は従来技術の導波路型可変光減衰器における光減衰量と偏波依存損失 (PDL)との関係を示す特性図である。

[図 11]図 11は従来技術による応力解放溝付き導波路型可変光減衰器の断面構造を拡大して示す断面拡大図である。 [図 12]図 12は従来技術の応力解放溝付き可変光減衰器における光減衰量と偏波依存損失 (PDL)との関係を示す特性図である。

発明を実施するための最良の形態

[0019] (偏波依存性発生モデルと偏波依存性を抑圧するための必要条件）

具体的な本発明の実施形態を説明する前に、導波路型可変光減衰器の偏波依存性の原因を解析した結果を述べる。

[0020] 石英系ガラス中の熱光学効果が基本的に偏波依存性を有しない現象であることは従来技術の項に述べた。では何故、導波路型可変光減衰器が偏波依存性を有するかを、図 8と図 9を用いて以下に説明する。偏波依存性の主たる原因としては次の 2 つが考えられる。 1つは、熱光学位相制御器 105の偏波依存性であり、もう 1つは光力ブラ 102, 106における偏波モード結合である。

[0021] まず、前者の熱光学位相制御器 105の偏波依存性についての報告が、非特許文献 1になされている。その報告内容を簡単に説明すると、次の通りである。薄膜ヒータ 108で局所的に加熱された石英系導波路 103, 104は膨張しょうとする。その場合、基板 109と垂直な方向（図 9の上方向）へは膨張することができるが、基板 109と平行方向（図 9の横方向）へは、周囲を加熱されない石英系ガラス (クラッド） 111で囲まれているため、膨張することができない。この結果として、基板 109の表面と平行方向に強い圧縮応力が発生する。この圧縮応力は、光弾性効果のために導波路 (コア） 10 3, 104の屈折率を増加させる。従って、薄膜ヒータ 108の直下の導波路 103, 104 は、温度上昇に伴う熱光学効果とともに、局所的なガラスの熱膨張に起因する光弹性効果により屈折率が増加する。このため、熱光学効果自体には偏波依存性がないにかかわらず、熱膨張で生じる応力に異方性があるため、光弾性効果による屈折率変化が偏波依存性を有することとなる。

[0022] この光弾性効果による熱光学位相制御器の偏波依存性は、図 11に示すように、熱光学位相制御器 105 (並びに薄膜ヒータ 108)の両側に応力解放溝 110を形成することで、ある程度抑制できる。図 11に示す応力解放溝 110を形成した可変光減衰器の光減衰量と PDLとの関係を図 12に示す。図 9の断面構造の可変光減衰器では 15 dB減衰時の PDLが 3. 8dBであったものが（図 10を参照）、図 11の応力解放溝付き可変光減衰器では 1. 7dBと、 PDLが半分以下の値に低減できている。しかしながら、 15dB減衰時の PDLが 1. 7dBという値は、現行の光通信システムの運用上充分な値ではなぐ更なる PDLの抑圧が必要であった。本発明では、 15dB減衰時の PDL 力実際に現行の光通信システムの運用上必要な値と要求されている、 0. 5dB以下となることを目標とした (非特許文献 2)。

[0023] 薄膜ヒータ 108の両側に配置した図 11の応力解放溝 110は、薄膜ヒータ 108で生じた熱が導波路以外の領域を加熱するのを抑制する断熱溝としての機能も有しているため、熱光学位相制御器の低消費電力ィヒにも有効である。

[0024] 次に、光力ブラの偏波モード結合による偏波依存性について説明する。ここでは、光力ブラとして、図 8に示すような、 2本の導波路を近接して構成される方向性結合器 102, 106を想定する。一般に、平面基板上の導波路では、擾乱が無い限り、偏波モード間の結合は生じない。しかし、方向性結合器部ではコアが近接するため、コアを上部クラッド層で埋め込む時に、その 2つのコアがお互いに近づく方向に力を受ける。更に具体的には説明する以下のとおりである。火炎堆積法を用いて上部クラッドを形成するときに、ガラス微粒子をコアの上や周囲に堆積した後に行う透明化熱処理の過程で、ガラス微粒子が溶けて収縮しながらコアを覆う。ところが、 2つのコアに挟まれた領域ではガラス微粒子の供給が不足するため、ガラスが粗になり、 2つのコアは両外側から内側に押される。この圧力が導波路の光学主軸を傾けるため、偏波モード間の結合が生じる。そのため、方向性結合器で結合したクロスポート光の一部が偏波モード結合を起こす。一方、 2つのコアが離れるに従い、光学主軸は元通り上下左右に戻るため、スルーポート光は偏波モード結合を生じない。このような現象は、方向性結合器の場合に限らず、 2本のアーム導波路が近接する場合には必ず起こる。つまり、多モード干渉力ブラや非対称 X型分岐器においても入出力端では、 2本のアーム導波路が近接するため、偏波モード結合が起こる。次に、光力ブラにおける偏波モード結合が存在する場合の光の伝搬を解析する。この場合を、以下、図 8を用いて説明する。第 1の入力導波路 (入力ポート） 101aから第 1のアーム導波路 103を経て第 1の出力導波路（出力ポート） 107aに伝搬する光は次式（1)に、第 1の入力導波路 101aから第 2のアーム導波路 104を経て第 1の出力導波路 107aに伝搬する光は次式（2)に、第 1の入力導波路 101aから第 1のアーム導波路 103を経て第 2の出力導波路 107bに伝搬する光は次式（3)に、第 1の入力導波路 101aから第 2のアーム導波路 104を経て第 2の出力導波路 107bに伝搬する光は次式 (4)に、それぞれ書さ表される。

[0025] 但し、次式行列の第 1行は TE成分を、第 2行は TM成分を示す。また I ：入力光の TE(TM)成分、 κ：光力ブラの結合効率、 α：光力プラにおける光学主軸の傾き、 Θ ：第 1(2)のアーム導波路 103, 104における ΤΕ(ΤΜ)成分の位相変

：で、光力プラにおけるクロスポート偏波モード結合量は sin2 aで表される。

[0026] [数 1]

[0027] [数 2] ΤΜ )sm 2a cos 2a

) sin 2a cos 2a + I_TM (β^]θ1ΤΕ sm ²2a + β^]θ1™ cos ²2a)

(2)

[0028] [数 3]

：

_TEe sm 2a+I_TMe^j0lTM cos 2a [0029] [数 4]

→ア-ム

、

丫 I β^{]θ ΤΕ} ί cos 2a + jI_TMe^jeiTE sin la

./ つ κ'

[0030] 第 1の入力導波路 101aから第 1の出力導波路 107aへのスルーポート出力は、上式（1)と上式（2)の和をとつて、次式（5)となる。

[0031] [数 5]

'

― 請 )sm2«_COS 2« 、― K² (-e^jnTE + ) sm 2a ccs 2a + I_m j(l- —ん - 麵 sin²2« + e^J麵 cos² 2a)}J

( 5 )

[0032] 上式（5)において、見通しをよくするために光力ブラの結合率として次式 (6)を仮定する。

[0033] [数 6] κ ( 6 )

1

[0034] スルーポート出力が最も減衰する条件は、 2本のアーム導波路長が等しいときであるから、その条件は次式（7)で表される。

[0035] [数 7]

jOlTE ] Θ2ΤΜ

( 7 )

[0036] 上式 (5)に上式 (6)と上式 (7)を代入したとき、偏光状態に依存せずに常に上式 (5 ) =0が成り立つための条件を求める。これが偏波無依存条件となる。ここで偏光状態に依存しな、とは I—との強度比および位相差に依存しなヽと、う意味である。

[0037] [数 8]

[0038] 上式 (8)から偏波無依存条件として次式 (9)が導出される。但し mは整数である _c [0039] [数 9]

sin 2a = 0

または、 ( 9 ) — = 2 m π

[0040] ここで、第 1のアーム導波路 103における、アーム導波路の長さを L、使用波長をえ、 TM光の実効屈折率を n 、 TE光の実効屈折率を n 導波路複屈折を Bとおくと

1TM 1TE.

、 0 Θ および Bはそれぞれ次式（10)、（11)、（12)のように定義される。

[0041] [数 10] niTE ^

= . ( 1 0

[0042] [数 11]

01TM = 2π ^l™

ん

[0043] [数 12] n

1 TM - I TE (1 2) これら式（10)、（11)を上記式（9)の下段の式 (以下、第 2式と称する）に代入し、式 (12)を適用すると、次式（13)が得られる。

[0044] [数 13]

L =— m— ( 1 3 )

B

[0045] すなわち、上記式（9)、（13)から、光力ブラにおける偏波モード結合 (sin 2 α )力 S 0になるか、もしくはアーム導波路の長さ (L)が使用光波長（ λ )を導波路複屈折 (Β) で割って求められるビート長の整数倍 (m)であればスルーポート出力の偏波依存性は解消される。

[0046] 同様に、第 1の入力導波路 101aから第 2の出力導波路 107bへのクロスポート出力は上式（3)と上式 (4)の和をとつて次式（14)となる。

[0047] [数 14] (1 4)

]I_TE (e^jmT + e^jei™ )_Sm2« + /_w (e^ji ™ +e ^nr ) cos 2a

[0048] クロスポート出力が最も減衰する条件は、 2本のアーム導波路長差が使用光波長の

1Z2波長の場合である。この条件は次式（15)で表される。

[0049] [数 15]

環 + _ΰ,ίθ2ΤΕ = _e TM + _ΰ,_ίθ2ΤΜ

[0050] 上式（ 14)に上式（ 15)を代入したとき、偏光状態に依存せずに常に上式（ 14) = 0 が成り立つための条件を求める。これが偏波無依存条件となる。

[0051] [数 16]

[0052] 上式（16)力偏波無依存条件として次式（17)が導出される。

[0053] [数 17]

sin 2a = 0

または、（ 1 7 )

[0054] 上式（17)と上式（9)は等しい。したがって、上式（17)から上式（13)も得られる。すなわち、光力ブラにおける偏波モード結合 (sin 2 a )が 0になる力、もしくはアーム導波路の長さ (L)が使用光波長（ λ )を導波路複屈折 (Β)で割って求められるビート長の整数倍 (m)であればスルーポート出力およびクロスポート出力の偏波依存性は解消される。

[0055] 以上の考察により、導波路型可変光減衰器および光スィッチの偏波依存性を抑圧するための必要条件が求められる。

[0056] 以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

[第 1の実施形態]

図 1に、本発明の第 1の実施形態である導波路型可変光源衰器の構成を示す。この導波路型可変光減衰器 100は、入力導波路 101a、第 1の光力ブラ 102、 2本のァーム導波路 103, 104、それらアーム導波路上に配置された位相制御器 105、第 2 の光力ブラ 106、出力導波路 107b、薄膜ヒータ 108、および応力解放溝 110を有する。本実施形態では、入力導波路 101aに対してクロスポートに位置する導波路 107 bを出力導波路として用いる。クロスポート出力を用いる理由は、第 1および第 2の光力ブラ 102, 106として用いる方向性結合器を同一設計とした場合に、両者の結合率がほぼ等しくなり、その結果として、高い可変光減衰量が得られるためである。

[0057] 図 2に図 1の Π-Π切断線に沿う拡大断面図を示す。基本的な回路構成は従来技術に述べた図 11の構成と同じである。本実施形態と従来技術との相違点は、第 1および第 2の光力ブラを構成する方向性結合器 102, 106の導波路複屈折率の絶対値を 3. 5 X 10_⁴以上に設定していることである。ここで、導波路複屈折 Bは、式（12)で定義したように、 TMモードの実効屈折率 n と TEモードの実効屈折率 n との差 (B =

TM TE

n — n ノでめる。

TM TE

[0058] 本実施形態の導波路作製工程を、図 3A〜3Eの工程図を用いて簡単に説明する。

シリコン基板 109上に、火炎堆積法 (FHD)で SiOを主成分にした下部クラッドガラ

2

ス微粒子 301、 SiOに GeOを添カ卩したコアガラス微粒子 302をそれぞれ堆積する（

2 2

図 3A参照)。この段階では、ガラス微粒子 301と 302は、光を散乱するため、白い膜に見える。

[0059] その後、 1, 000°C以上の高温でガラスの透明化を行なう。ガラス微粒子 301と 302 を表面に堆積したシリコン基板 109を徐々に加熱していくと、ガラス微粒子が溶けて、透明なガラス膜が形成される。この時に、下部クラッドガラス層 303の厚さが 30 /z m 厚となるよう〖こ、またコアガラス層 304の厚さが 7 /z m厚となるように、ガラス微粒子の堆積量をそれぞれ調整している（図 3B参照)。

[0060] 引き続き、フォトリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング (RIE)によって、コアガラス層 304のパターン化を行なう。これにより、下部クラッドガラス層 303上にコア 305が形成される（図 3C参照)。

[0061] SiO上部クラッドガラス微粒子 306を、火炎堆積法 (FHD)により、下部クラッドガラ

2

ス層 303とコア 305の上部に堆積する（図 3D参照）。

[0062] 最後に高温透明化を行ない、透明な上部クラッドガラス層 307が形成された埋め込み導波路を作製する（図 3E参照)。上部クラッドガラス層 307にはドーパントを添加することでガラス転移温度を下げ、上部クラッドガラス層 307の高温透明化の工程でコァ 305が変形しないようにしている。なお、図 3Eに示す上部クラッドガラス層（以下、上部クラッド層と称する） 307と下部クラッドガラス層（以下、下部クラッド層と称する） 3 03力図 2のクラッド 111に対応し、コア 305が図 2の導波路（コア） 103, 104に対応している。

[0063] 導波路複屈折は、コア 305の縦横比や、基板 109、コアガラス 305、クラッドガラス 3 03, 307等の熱膨張係数、およびこれらのガラスの軟化温度に依存する。そのため、これらの値を適宜選ぶことにより導波路複屈折を制御することができる。

[0064] 導波路型可変光減衰器を作製するために、図 3A〜3Eで説明した工程に加えて、上部クラッド層 307の表面へ図 1と図 2に図示した薄膜ヒータ 108および配線電極を形成し、更に熱光学位相制御器 105で発生する熱応力による偏波依存性を抑制するために図 1と図 2に図示した応力解放溝 110を形成する。

[0065] 本発明の実施形態の具体例を説明する前に、先に論じた偏波依存性発生モデルを実証するために、まず方向性結合器部での偏波モード結合を評価した。また、その偏波モード結合量が導波路複屈折に依存するのではな、かと、う観点で、それら両者の相関関係を求めた。方向性結合器部での偏波モード結合量と導波路複屈折の関係を図 4に示す。ここで、横軸は導波路複屈折を、縦軸は方向性結合器 1段を透過した後のクロスポート出力における偏波モード結合量を示す。図 4から、クロスポート出力における偏波モード結合量と導波路複屈折との間に強い相関があることが分かる。この現象は、「モード結合量は結合を起こす 2モード (ここでは 2つの偏波モード )間の伝搬定数差 (導波路複屈折）に反比例するため」であると解釈できる。また、図 4にお、て、同一の導波路複屈折に対して偏波モード結合量がある程度ばらつ!/、ているのは、偏波モード結合が様々な攪乱により変動するためと解釈できる。

[0066] 光力プラ 102, 106における偏波モード結合量、すなわち | sin2 a |を—25dB以下とすれば、上式（16)の左辺の値は最大でも入力レベルに対して 25dB以下となる。言い換えれば、入力光の偏波に依存した光レベルは、入力レベルに対して 25 dBである。したがって、光減衰量 15dBでの PDLは次式（18)で求められる PDL以下に抑圧できる。 [0067] [数 18]

10 ¹⁰ + 10

PDL = ABS 10 log = 0.43 (18 )

10 ¹⁰ - 10 ¹⁰ ―

2

すなわち、光源推量 15dBでの PDLを 0. 5dB以下に抑圧できる。

[0068] 図 4によると、導波路複屈折の絶対値を 3. 5 X 10_⁴以上に設定することで、偏波モード結合量を— 25dB以下にすることができる。すなわち、光減衰量 15dBでの PDL を 0. 5dB以下に抑圧できる。よって、本実施形態の特徴を、第 1および第 2の光力プラ 102, 106の偏波モード結合量を 25dB以下にすることであり、更には第 1および第 2の光力ブラを構成する方向性結合器の導波路複屈折率 (絶対値)を 3. 5 X 10"⁴ 以上にすることができる。

[0069] 図 5に、本発明の第 1の実施形態として、実際に作製した導波路型可変光減衰器の減衰量と PDLとの相関関係を示す。本実施形態では、後述の第 3の実施形態との比較のために、敢えてアーム導波路長をビート長の整数倍の条件力最も離れてヽる約 2. 5倍の 11mmとした。

[0070] 実際に作製した導波路の複屈折は、別途セナルモン (Senarmont)測定系で求めたところ 3. 5 X 10—⁴であった。このとき、図 5に示すように、 15dB減衰時の PDLは 0. 4 dBとなり、当初目標とした 0. 5dB以下を実現した。

[0071] 本実施形態では、図 1と図 2に図示され多デバイスを導波路型可変光減衰器として説明を行っている力第 2の光力ブラ 106に入射するときの 2つの光の位相差を 0もしくは πの 2値で使用することにより、図 1と図 2に示すデバイスは光スィッチとしても利用できる。これと同様に、以下に述べる本発明の他の実施形態も光スィッチとしても利用できる。

[0072] [第 2の実施形態]

本発明の第 2の実施形態は、上述の本発明の第 1の実施形態と同じぐ入力導波路に対して、クロスポート出力を出力導波路として用いる可変光減衰器であり、その基本構成は図 1および図 2と同じである。第 1の実施形態と第 2の実施形態の相違点は、第 1の実施形態の特徴が、「第 1および第 2の光力ブラを構成する方向性結合器の導波路複屈折率の絶対値を 3. 5 X 10_⁴以上に設定したこと」であったのに対して、第 2の実施形態の特徴は、「アーム導波路の長さを、使用光波長を導波路複屈折で割って求められるビート長の整数倍に設定して、ること」である。

[0073] 第 2の実施形態では、上式（17)の第 2式の偏波依存条件に相当する。

[0074] 本実施形態で作製した導波路の複屈折は、 1. 2 X 10_⁴であった。この場合、導波路複屈折で使用光波長 1. 55 mの偏波が一回転するビート長は 12. 9mmと計算される。そこで、本実施形態では、アーム導波路 104の長さをビート長に相当する 12 . 9mmと設計した。

[0075] 図 6に、上記設計条件を適用して実際に作製した本実施形態の導波路型可変光減衰器の減衰量と PDLとの相関関係を示す。図 6から、 15dB減衰時の PDLが 0. 9 dBと、従来例に比較すると小さな値に抑制できたことが分力る。

[0076] [第 3の実施形態]

本発明の第 3の実施形態も、上述の本発明の第 1と第 2の実施形態と同じぐ入力導波路 101aに対して、クロスポート出力 107aを出力導波路として用いる可変光減衰器である。その基本構成は図 1および図 2と同じである。第 3の実施形態の特徴は、第 1の実施形態の特徴である「第 1および第 2の光力ブラを構成する方向性結合器の導波路複屈折率 (絶対値)を 3. 5 X 10_⁴以上に設定したこと」と第 2の実施形態の特徴である「アーム導波路の長さを、使用光波長を導波路複屈折で割って求められるビート長の整数倍に設定して、ること」の両方を兼ね備えて、ることである。

[0077] 実際に作製した導波路の複屈折は、 3. 5 X 10_⁴であった。アーム導波路の長さはビート長の 3倍である 13. 3mmに設定した。

[0078] 図 7に、実際に作製した第 3の実施形態の導波路型可変光減衰器の減衰量と PDL との相関関係を示す。 15dB減衰時の PDLは 0. 2dB、更に 25dB減衰時でも PDLは 0. 6dBと極めて小さい値に抑制できていることが分かる。このように、「第 1および第 2 の光力ブラを構成する方向性結合器の導波路複屈折率 (絶対値)を 3. 5 X 10_⁴以上に設定すること」と「アーム導波路の長さを、使用光波長を導波路複屈折で割って求められるビート長の整数倍に設定すること」は独立に設計できることなので、好ましくは両者を同時に満足するよう可変光減衰器を作製することが好ましい。 [0079] [その他の実施形態]

上記では、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなぐ特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。

[0080] 例えば、上述の本発明の各実施形態では、作製法として火炎堆積法を想定して、る力埋め込み導波路の作製法としては火炎堆積法以外にも CVD法 (Chemical Vap or Deposition)、 VPE法（Vapor Phase Epitaxy)などの気相成長法や、スパッタ法などの物理堆積法もあり、それら作製法を適用した場合においても本発明は有効である。

[0081] また、上述の本発明の各実施形態では、光力ブラとして方向性結合器を想定しているが、多モード干渉型（Multト Mode Interference)合分波器、非対称 X型分岐器などにおいてもコアが近接する領域において、偏波モード結合が発生し、本発明を構成する光力ブラとして有効である。つまり、光合分波器において偏波モード結合を生じる光力ブラに対してはその形状に依存せずに有効である。

[0082] また、上述の本発明の各実施形態では、シリコン基板上に形成した石英系ガラス導波路を用いた光干渉計を示したが、その導波路材料がガラス以外の例えばポリイミド、シリコーン（silicone)、半導体、 LiNbOなどであっても本発明の上記の原理は適用

3

可能である。また、基板の材質もシリコンに限定されるものではない。

Claims

請求の範囲

[1] 基板上に形成された導波路で構成される導波路型可変光減衰器において、前記可変光減衰器が、入力導波路、第 1の光力ブラ、第 2の光力ブラ、前記第 1と第

2の光力ブラを結ぶ 2本のアーム導波路、および出力導波路から構成されており、前記第 1と第 2の光力ブラはそれぞれ前記 2本のアーム導波路が近接する領域を含み構成される方向性結合器であって、特に、

前記第 1、第 2の光力ブラにおける偏波モード結合が 25dB以下であることを特徴とする導波路型可変光減衰器。

[2] 前記第 1、第 2の光力ブラを構成する該光力ブラ部分での導波路の複屈折率の絶対値が 3. 5 X 10_⁴以上であることを特徴とする請求項 1に記載の導波路型可変光減衰器。

[3] 前記第 1と第 2の光力ブラが、前記 2本のアーム導波路を近接して構成する方向性結合器であることを特徴とする請求項 1または 2に記載の導波路型可変光減衰器。

[4] 前記アーム導波路の長さが、使用光波長を導波路複屈折で割って求められるビート長の整数倍に設計されて、ることを特徴とする請求項 1な、し 3の、ずれかに記載の導波路型可変光減衰器。

[5] 前記 2本のアーム導波路の少なくとも一方に位相制御器を具備しており、可変光減衰器もしくは光スィッチとして機能することを特徴とする請求項 1から 4のいずれかに記載の導波路型可変光減衰器。

[6] 前記基板がシリコン基板であり、前記導波路が石英系ガラス導波路であることを特徴とする請求項 1から 5のいずれかに記載の導波路型可変光減衰器。