JP2003149610A - 導波路型光可変減衰器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期運用によるヒータ抵抗値の変動に関係な
く、光減衰量を正確に制御できる導波路型光可変減衰器
を提供する。 【解決手段】 ２本のアーム導波路２３Ａ，２３Ｂを有
するＹ分岐もしくはマッハツェンダー光干渉計回路から
なる光回路と、上記アーム導波路２３Ａ，２３Ｂの一方
又は両方に設けられそのアーム導波路２３Ａ，２３Ｂの
屈折率を変化させるべく加熱する薄膜ヒータ２５Ａ，２
５Ｂとを有する導波路型光可変減衰器において、上記薄
膜ヒータ２５Ａ，２５Ｂのいずれか一方に接続され、そ
の薄膜ヒータ２５Ａ，２５Ｂに供給される電力値が所望
の値になるように電圧を制御して印加する電力制御電源
２９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信に
用いられ、光強度を減衰調整できる導波路型光可変減衰
器に係り、特に熱光学効果を利用して光導波路の屈折率
を変化させて光の位相をずらし、光強度を減衰調整する
導波路型光可変減衰器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来技術の代表例を添付図面に基
づいて説明する。

【０００３】図５に従来の導波路型光可変減衰器の断面
図を示す。

【０００４】図５に示すように、導波路型光可変減衰器
１は、石英基板２上に形成されたコア３Ａ，３Ｂとその
コア３Ａ，３Ｂの周りを覆うように形成されたコアより
屈折率の低いクラッド４とからなる導波路で形成された
光回路を有する。

【０００５】図４に示すように、光回路は、入力導波路
５と２本のアーム導波路６Ａ，６Ｂと出力導波路７とで
構成されており、入力導波路５及び出力導波路７と２本
のアーム導波路６Ａ，６ＢはＹ分岐構造により接続され
ており、入力導波路５を通して入力された光は、Ｙ分岐
構造により２本のアーム導波路６Ａ，６Ｂに分岐し、再
びＹ分岐構造により合流し、出力導波路７から出力され
るようになっている。

【０００６】さらに、アーム導波路６Ａ，６Ｂの直上に
位置するクラッドの表面上に、それぞれ薄膜ヒータ８
Ａ，８Ｂが形成されている。

【０００７】この薄膜ヒータ８Ａ，８Ｂは、電気配線と
して電極９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂがクラッドの表面
に形成されている。

【０００８】電極９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂは、ワイ
ヤ１１Ａ，１１Ｂにより、薄膜ヒータ８Ｂに電力を供給
するＤＣ電源１２と電気接続されている。

【０００９】次に動作原理を説明する。

【００１０】一方の薄膜ヒータ８Ｂ（他方の薄膜ヒータ
８Ａでも良い。）を加熱すると、熱光学効果によりその
加熱されたアーム導波路６Ｂの屈折率が変化する。そし
て、屈折率が変化したアーム導波路６Ｂを伝搬する光
と、加熱されず屈折率変化のないアーム導波路６Ａを伝
搬する光との間に位相のずれが生じ、その結果、出力導
波路７に再度合流する際に、一部の光が石英基板２に放
射し、出力導波路７より出力される光は減衰される。

【００１１】すなわち、一方の薄膜ヒータ８Ｂの加熱温
度を調整することにより、光の減衰量を制御することが
できる。

【００１２】このような従来の導波路型光可変減衰器
は、光減衰量を制御する際、以下に示す原理を利用して
いる。

【００１３】薄膜ヒータ８Ａ，８Ｂの加熱温度は、薄膜
ヒータ８Ａ，８Ｂに供給される電力値に比例する。

【００１４】すなわち、薄膜ヒータ８Ａ，８Ｂの抵抗値
をＲ、電圧値をＶ、電流値をＩとし、このときのヒータ
電力をＷとすると、Ｗ＝Ｉ×Ｖ、Ｖ＝Ｒ×Ｉの関係よ
り、

【００１５】

【数１】 Ｗ＝Ｒ×Ｉ² もしくは、

【００１６】

【数２】 Ｗ＝Ｖ² ／Ｒ で表すことができる。

【００１７】数１又は数２より、薄膜ヒータ８Ａ，８Ｂ
の抵抗値Ｒが一定である限り、ヒータ電力Ｗは、電流値
Ｉもしくは、電圧値Ｖで制御することが可能である。

【００１８】よって、光減衰量を制御するためには、所
望の光減衰量に応じた電流値Ｉもしくは、電圧値Ｖを供
給できる定電流もしくは定電圧制御のＤＣ電源１２を用
いればよい。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、薄膜ヒ
ータ８Ａ，８Ｂは、加熱されていくと徐々に酸化し、劣
化していくため、使用時間と共に抵抗値Ｒが増加してい
く。

【００２０】このため、従来技術では使用時間と共にヒ
ータ電力Ｗが低下し、光減衰量が減少してしまうという
問題があった。

【００２１】そこで、本発明の目的は、長期運用による
ヒータ抵抗値の変動に関係なく、光減衰量を正確に制御
できる導波路型光可変減衰器を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、２本のアーム導波路を有するＹ分
岐もしくはマッハツェンダー光干渉計回路からなる光回
路と、上記アーム導波路の一方又は両方に設けられその
アーム導波路の屈折率を変化させるべく加熱する薄膜ヒ
ータとを有する導波路型光可変減衰器において、上記薄
膜ヒータのいずれか一方に接続され、その薄膜ヒータに
供給される電力値が所望の値になるように電圧を制御し
て印加する電力制御電源を備えたものである。

【００２３】すなわち、本発明の要点は、導波路型光可
変減衰器と、ヒータ電力を一定に制御する電力制御電源
とを組み合わせた点にある。

【００２４】請求項２の発明は、上記電力制御手段は、
入力信号に応じて上記薄膜ヒータに電圧を印加する可変
電圧電源部と、上記薄膜ヒータに流れる電流を検出する
電流検出部と、上記薄膜ヒータに印加された電圧を検出
する電圧検出部と、上記電流の値及び上記電圧の値を入
力しそれらの積で表される電力値を算出すると共に、該
電力値とメモリに記憶された所望の設定値とを比較し、
それらの値が等しくなるように上記可変電圧電源部に信
号を出力する制御部とからなるものである。

【００２５】上記構成によれば、電力制御電源によっ
て、薄膜ヒータに印加されている電圧、電流値を随時読
み取り、薄膜ヒータの抵抗値が変動しても、常にヒータ
電力が一定になる値の電圧が印加される。よってヒータ
加熱温度が変化せず、光減衰量の変動を抑えることがで
きる。これにより、長期信頼性を必要とする光通信シス
テムへの適用が可能になる。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【００２７】図１に本発明にかかる導波路型光可変減衰
器の平面図を示す。

【００２８】図１に示すように、本発明にかかる導波路
型光可変減衰器は、石英基板上に形成された光回路上に
薄膜ヒータ２５Ａ，２５Ｂが設けられた導波路型光素子
２１と、その薄膜ヒータ２５Ａ，２５Ｂと接続され、薄
膜ヒータに電力を供給する電力制御ＤＣ電源２９とで主
に構成されている。

【００２９】光回路は、入力導波路２２と２本のアーム
導波路２３Ａ，２３Ｂと出力導波路２４とで構成されて
おり、入力導波路２２及び出力導波路２４と２本のアー
ム導波路２３Ａ，２３ＢはＹ分岐構造により接続されて
おり、入力導波路２２を通して入力された光は、Ｙ分岐
構造により２本のアーム導波路２３Ａ，２３Ｂに分岐
し、再びＹ分岐構造により合流し、出力導波路２４から
出力されるようになっている。

【００３０】そして、これらアーム導波路２３Ａ，２３
Ｂの直上に位置するクラッドの表面上に、上述した薄膜
ヒータ２５Ａ，２５Ｂが形成されている。

【００３１】この薄膜ヒータ２５Ａ，２５Ｂは、ヒータ
本体と、外部と接続するための電極２６Ａ，２６Ｂ，２
７Ａ，２７Ｂとからなる。

【００３２】電極２６Ａ，２６Ｂ，２７Ａ，２７Ｂは、
ワイヤ２８Ａ，２８Ｂにより、上述した電力制御ＤＣ電
源２９と電気接続されている。

【００３３】電力制御ＤＣ電源２９は、図３に示すよう
に、入力信号に応じて薄膜ヒータ２５Ａ，２５Ｂに電圧
を印加する可変電圧電源部２９ａと、リアルタイムで薄
膜ヒータ２５Ａ，２５Ｂに流れる電流を検出する電流検
出部２９ｂと、薄膜ヒータ２５Ａ，２５Ｂに印加された
電圧を検出する電圧検出部２９ｃと、その電流値及び電
圧値を入力しそれらの積で表される電力値を算出すると
共に、この電力値とメモリ２９ｄに記憶された所望の設
定値とを比較し、それらの値が等しくなるようにフィー
ドバック制御を行って可変電圧電源部に信号を出力する
制御部２９ｅとを備えている。

【００３４】次に作用を説明する。

【００３５】図１に示した導波路型光可変減衰器は、電
力制御ＤＣ電源２９を接続した方の薄膜ヒータ２３Ｂを
加熱すると、熱光学効果によりその加熱されたアーム導
波路２３Ｂの屈折率が変化する。そして、入力導波路２
２より入力された信号光は、Ｙ分岐構造にて、屈折率が
変化したアーム導波路２３Ｂを伝搬する光と、加熱され
ず屈折率変化のないアーム導波路２３Ａを伝搬する光と
に分岐されることにより、それらの間に位相のずれが生
じ、その結果、出力導波路２４に再度合流する際に、一
部の光が石英基板に放射し、出力導波路２４より出力さ
れる光は減衰される。

【００３６】また、時間が経過するに従い、薄膜ヒータ
２３Ｂの抵抗値が徐々に大きくなるが、その薄膜ヒータ
２３Ｂに流れる電流値を検知し、印加電圧値とから電力
を測定し、設定した電力になるように電圧が制御される
ので、薄膜ヒータ２３Ｂを加熱するための電力は一定に
なる。

【００３７】その結果、薄膜ヒータ２３Ｂの抵抗値が変
化しても、ヒータ電力は一定であり、ヒータ加熱温度が
変化しないので、光減衰量の変動を抑えることができ
る。

【００３８】これにより、本発明は、長期信頼性を必要
とする光通信システムへの適用が可能になる。

【００３９】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。

【００４０】図２に本発明の他の実施の形態を示す導波
路型光可変減衰器の平面図を示す。

【００４１】図２に示すように、この導波路型光可変減
衰器は、図１に示したようなリアルタイムでヒータの電
圧と電流を監視する電力制御ＤＣ電源に代えて、一般的
な定電流もしくは定電圧制御のＤＣ電源３０を用いるも
のである。

【００４２】この場合、薄膜ヒータの抵抗値を測定する
抵抗値測定回路３１が必要であり、導波路型光素子は、
ワイヤ３４Ａ，３４Ｂを通じてＤＣ電源３０と並列に接
続されている。

【００４３】抵抗値測定回路３１は、抵抗値が変動した
場合、ヒータ電力値が一定となるように電圧値、電流値
の調整を外部電圧（電流）設定ライン３２を通じてＤＣ
電源３０に指示する。

【００４４】このように構成することにより、電力制御
方式のＤＣ電源と同等な機能を有する回路を組むことが
でき、本実施の形態と同様な作用効果が期待できる。

【００４５】尚、本実施の形態にあっては実験・測定用
の光モジュールとして用いたが、波長多重伝送方式の光
通信では、チャネル毎の光強度レベルを減衰調整するこ
とが可能になり、チャネル間の光強度バラツキを抑える
ことができる。

【００４６】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、薄膜ヒー
タ抵抗の経時変化に関係なく、長期間、高精度に光減衰
量を制御できる導波路型減衰器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す導波路型光可変減
衰器の平面図である。

【図２】本発明の他の実施の形態を示す導波路型光可変
減衰器の平面図である。

【図３】図１の電力制御ＤＣ電源の制御系を示すブロッ
ク図である。

【図４】従来技術の導波路型光可変減衰器の平面図であ
る。

【図５】図４の導波路型光可変減衰器のａ−ａ線断面図
である。

【符号の説明】

２１ 光導波路素子 ２３Ａ，２３Ｂ アーム導波路 ２５Ａ，２５Ｂ 薄膜ヒータ ２９ 電力制御ＤＣ電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２本のアーム導波路を有するＹ分岐もし
   くはマッハツェンダー光干渉計回路からなる光回路と、
   上記アーム導波路の一方又は両方に設けられそのアーム
   導波路の屈折率を変化させるべく加熱する薄膜ヒータと
   を有する導波路型光可変減衰器において、上記薄膜ヒー
   タのいずれか一方に接続され、その薄膜ヒータに供給さ
   れる電力値が所望の値になるように電圧を制御して印加
   する電力制御手段を備えたことを特徴とする導波路型光
   可変減衰器。
2. 【請求項２】 上記電力制御手段は、入力信号に応じて
   上記薄膜ヒータに電圧を印加する可変電圧電源部と、上
   記薄膜ヒータに流れる電流を検出する電流検出部と、上
   記薄膜ヒータに印加された電圧を検出する電圧検出部
   と、上記電流の値及び上記電圧の値を入力しそれらの積
   で表される電力値を算出すると共に、該電力値とメモリ
   に記憶された所望の設定値とを比較し、それらの値が等
   しくなるように上記可変電圧電源部に信号を出力する制
   御部とからなる請求項１記載の導波路型光可変減衰器。