JP2004325602A

JP2004325602A - 光減衰器

Info

Publication number: JP2004325602A
Application number: JP2003117596A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Takada; 勝浩高田; Shigeo Akiyama; 茂夫秋山; Mitsuo Ichiya; 光雄一矢; Hiroaki Okada; 浩明岡田; Yuichi Niimura; 雄一新村; Sachiko Kimura; 沙知子木村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】ヒータの熱を効率良く利用でき且つ製造時の歩留まりの向上が容易な光導波路型の光減衰器を提供する。
【解決手段】入力用光導波路１と出力用光導波路２との間に介在し互いに離間した２つの光導波路３ａ，３ｂと、２つの光導波路３ａ，３ｂに温度差を与えるヒータ５とを備えている。各光導波路１，２，３ａ，３ｂはクラッド層４に埋設されたコアにより構成されている。２つの光導波路３ａ，３ｂの中間部同士の間隔を２つの光導波路３ａ，３ｂが互いの干渉を受けない間隔よりも狭く設定してある（２０μｍ以下に設定してある）。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路型の光減衰器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、波長多重通信システムにおいて各波長毎に信号強度を調整する目的などで使用する光減衰器として、熱光学効果を利用したマッハツェンダー型の可変光減衰器が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。上記非特許文献１に開示されたマッハツェンダー型の可変光減衰器は、図４に示すように入力用光導波路４１と出力用光導波路４２との間に介在する２つの光導波路４３ａ，４３ｂそれぞれに厚み方向で重なるように配置された２つのヒータ４４ａ，４４ｂを備えており、光の干渉度合いを熱で制御して光を減衰させるものである。なお、この可変光減衰器は、ヒータ４４ａ（またはヒータ４４ｂ）への投入電力に対する光出力の特性が図５中に実線で示した「イ」のような振動解となるように設計されている。
【０００３】
また、従来から、光導波路を利用した方向性結合器型の光機能素子として、図６に示すように、電気光学効果を有する基板５０に直線状の光導波路５１と、中間部が光導波路５１に一定間隔（２〜３μｍ）で近接し中間部から離れるほど光導波路５１との間の間隔が徐々に大きくなるように形成された光導波路５２と、光導波路５１と光導波路５２の中間部との間に配置された第１の電極５３と、第１の電極５３との間に光導波路５１を挟むように配置された第２の電極５４と、第１の電極５３との間に光導波路５２の中間部を挟むように配置された第３の電極５５とを備えた構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここにおいて、上記特許文献１に開示された光機能素子では、両光導波路５１，５２間の光の乗り移りを第１の電極５３と第２の電極５４および第３の電極５５との間に印加する電圧（つまり、両光導波路５１，５２にかける電界）に応じて制御することができる。したがって、この光機能素子では、両光導波路５１，５２間の光の乗り移りを制御することによって、直線状の光導波路５１の入力ポート５１Ａから入力され出力ポート５１Ｂから出力される光の光出力強度を変化させることができる（つまり、入力ポート５１Ａから入力された光の光パワーの減衰量を変化させることができる）。なお、光の乗り移り量を制御する方法としては電界による制御や熱による制御があるが、材料に応じて適宜選択すればよい。
【０００５】
【非特許文献１】
小泉真理、外３名，「低消費電力ポリマ可変光減衰器」，２０００年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会，Ｃ−３−６５，ｐ．１９１
【特許文献１】
特開平１１−４４８９６号公報（第３頁−第４頁、図１、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記非特許文献１の可変光減衰器ではチップ間の光学特性のばらつきが大きくて歩留まりが低いという問題があった。
【０００７】
ここにおいて、チップ間の光学特性がばらつくのは次の理由による。すなわち、上記非特許文献１に記載の可変光減衰器では２つの光導波路４３ａ，４３ｂ間での光学的・熱的干渉を避けるため（２つの光導波路４３ａ，４３ｂをそれぞれ独立した光導波路として扱うため）に２つの光導波路４３ａ，４３ｂ間の間隔を３０〜４０μｍに設定してあるので、光学定数（屈折率など）の面内均一性が低くて、出力段のＹ分岐で光を合成した時の光の干渉状況の再現性が低くなってしまったり、ヒータ４４ａ（またはヒータ４４ｂ）への投入電力が零の状態でオンポートの挿入損失（初期挿入損失）がばらついたり、ヒータ４４ａ（またはヒータ４４ｂ）への投入電力に対する光出力の特性が図５中に実線で示した「イ」のように設計されているにもかかわらず同図中に一点鎖線で示した「ロ」や同図中に破線で示した「ハ」のようにずれてしまったりするからである。なお、投入電力に対する光出力の特性が図７中に実線で示した「イ」から一点鎖線で示した「ロ」や破線で示した「ハ」のように変化する原因としては、光学定数の面内での不均一性の他に、光導波路４３ａ，４３ｂの一部の幅が設計値よりも細く形成されてしまうことや、光導波路４３ａ，４３ｂの厚みが面内でばらついてしまうことなどもある。
【０００８】
また、上記非特許文献１に記載の可変光減衰器は、各ヒータ４４ａ，ヒータ４４ｂそれぞれが光導波路４３ａ，４３ｂに厚み方向で重なるように配置されているが、使用時に２つのヒータ４４ａ，４４ｂのうちの１つだけを利用するものであり、２つの光導波路４３ａ，４３ｂ間の温度差が最大になるので、光減衰量が投入電力の変化に敏感になり、歩留まりが低下してしまうという問題があった。
【０００９】
さらに、上記非特許文献１に記載の可変光減衰器は、上述のように使用時に２つのヒータ４４ａ，４４ｂのうちの１つだけを利用するものであり、２つの光導波路４３ａ，４３ｂ間での熱的干渉を避けるため（例えば、一方のヒータ４４ａへ通電し且つ他方のヒータ４４ｂへ通電していないときに、光導波路４３ｂへ熱的影響が及ばないようにするため）、幅方向に広がる熱エネルギを無駄にしてしまう（言い換えれば、電力を無駄に消費してしまう）という不具合があった。
【００１０】
また、上記特許文献１の光機能素子では、干渉光学系を使っているので次のような欠点があった。すなわち、２つの光導波路５１，５２が近接している部分での光導波路５１，５２間の間隔が２〜３μｍと狭いので、加工性に難があるという欠点や、投入電力が零の状態でオンポートの挿入損失（初期挿入損失）を小さくするためには２つの光導波路５１，５２間の光の乗り移りを正確に制御する必要があるが、光学定数の面内均一性や光導波路５１，５２形成時のパターン転写の正確性などに課題が残るという欠点があった。
【００１１】
また、非特許文献１、特許文献１のいずれについても、干渉光学系を使っているので、光パワーの変化（光減衰量）が投入電力の変化に敏感であり、使い勝手が良くないという不具合があった。
【００１２】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ヒータの熱を効率良く利用でき且つ製造時の歩留まりの向上が容易な光導波路型の光減衰器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、入力用光導波路と出力用光導波路との間に介在し互いに離間した２つの光導波路と、前記２つの光導波路に温度差を与えるヒータとを備え、前記２つの光導波路の中間部同士の間隔を前記２つの光導波路が互いの干渉を受けない間隔よりも狭く設定してなることを特徴とする。この構成によれば、入力用光導波路と出力用光導波路との間に介在する２つの光導波路間の間隔が従来のマッハツェンダー型の可変光減衰器に比べて狭いので、ヒータの熱を効率良く利用できて低消費電力化を図ることができるとともに、製造時の光学定数の面内ばらつきを小さくでき、製造時の歩留まりの向上が容易になる。
【００１４】
請求項２の発明は、入力用光導波路を通して入力した光を減衰させて出力用光導波路へ出力する光減衰用光導波路と、光減衰用光導波路の屈折率を制御するヒータとを備え、光減衰用光導波路は、入力用光導波路および出力用光導波路に比べて幅広であって、入力用光導波路および出力用光導波路と同程度のオーダの幅の抜き部が貫設されてなることを特徴とする。この構成によれば、光減衰用光導波路に貫設した抜き部の幅が従来のマッハツェンダー型の可変光減衰器における２つの光導波路間の間隔に比べて狭いので、ヒータの熱を効率良く利用できて低消費電力化を図ることができ、しかも、入力用光導波路と出力用光導波路との間に介在する光減衰用光導波路に貫設する抜き部の幅が入力用光導波路および出力用光導波路と同程度のオーダなので、２つの光導波路間の間隔が２〜３μｍ程度に設定され光減衰器として利用可能な従来の光機能素子に比べて加工精度を高めることができ、挿入損失を安定的に低下させることができるから、製造時の歩留まりを容易に向上させることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、入力用光導波路と出力用光導波路との間に介在し互いに離間した２つの光導波路と、前記２つの光導波路に温度差を与えるヒータとを備え、ヒータは、前記２つの光導波路の間で一方の光導波路側にずらして配置されてなることを特徴とする。この構成によれば、ヒータの熱を効率良く利用できて低消費電力化を図ることができ、しかも、ヒータへの投入電力に対する光減衰量の感度（つまり、光出力の感度）を下げることができるので、製造時の歩留まりの向上が容易になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の光減衰器は、光導波路型の可変光減衰器であって、図１に示すように、入力用光導波路１と出力用光導波路２との間に介在し互いに離間した２つの光導波路３ａ，３ｂと、２つの光導波路３ａ，３ｂに温度差を与えるヒータ５とを備えている。ここに、２つの光導波路３ａ，３ｂは一端部が入力用光導波路１に連続するとともに、他端部が出力用光導波路２に連続しており、中間部同士が平行に位置している。
【００１７】
各光導波路１，２，３ａ，３ｂは、クラッド層４に埋設されたコアにより構成してある。コアはクラッド層４よりも屈折率が高い材料（例えば、合成樹脂、ガラス、半導体など）により形成してあり、コアおよびクラッド層４のいずれも温度上昇により屈折率が低下する。なお、以下では、図１（ｂ）の左右方向を上下方向、図１（ａ）の上下方向を左右方向と規定して説明する。
【００１８】
また、ヒータ５は、光導波路３ａの中間部の幅方向（つまり、２つの光導波路３ａ，３ｂの中間部の並び方向）において光導波路３ｂとは反対側（図１（ａ）の上側）で光導波路３ａと上下方向で重ならない位置に配置されている。ここにおいて、ヒータ５は、クラッド層４上に形成されており、ヒータ５への通電状態を制御することによりクラッド層４およびコアの温度が上昇し屈折率が低下する。
【００１９】
なお、本実施形態の光減衰器のクラッド層４はコアよりも下側の下部クラッドと下部クラッドよりも上側の上部クラッドとにより構成されている。したがって、本実施形態の光減衰器を製造する際には、下部クラッド上にコアをパターン形成した後、上部クラッドを形成し、続いて、ヒータ５を形成すればよい。ここに、コアのパターン形成にあたっては、例えばリソグラフィ技術やエッチング技術などを利用すればよく、紫外線硬化型のポリマ材料を下部クラッド上に塗布してから紫外線を露光するようにしてもよい。
【００２０】
ところで、本実施形態の光減衰器は、２つの光導波路３ａ，３ｂの中間部同士の間隔を２つの光導波路３ａ，３ｂが互いの干渉を受けない間隔よりも狭く設定してある。具体的には、２つの光導波路３ａ，３ｂ間の間隔を例えば２０μｍ以下に設定すればよいが、光学定数の面内ばらつきの影響の抑制、減衰特性、減衰特性の制御性などを考慮すれば２つの光導波路３ａ，３ｂ間の間隔を光導波路３ａ，３ｂの幅の数倍程度の値に設定することが好ましい。また、２つの光導波路３ａ，３ｂ間の間隔の最小値は、光導波路３ａ，３ｂを形成する工程での最小加工寸法により決めればよく、現在の一般的な加工精度からすれば、設計通りの断面矩形状の光導波路３ａ，３ｂをパターン形成するには３〜５μｍ程度の値に設定すればよい。なお、各光導波路１，２，３ａ，３ｂの幅は、材料の屈折率や伝搬波長などに応じて適宜設計すればよいが、材料として合成樹脂やガラスなどを用いる場合には一般的に５〜８μｍ程度、材料として半導体を用いる場合には一般的に４〜６μｍ程度である。
【００２１】
以上説明した本実施形態の光減衰器では、入力用光導波路１と出力用光導波路２との間に介在する２つの光導波路３ａ，３ｂの中間部同士の間隔を２つの光導波路３ａ，３ｂが互いの干渉を受けない間隔よりも狭く設定してある（２０μｍ以下に設定してある）ので、２つの光導波路３ａ，３ｂ間の間隔が図４に示した従来のマッハツェンダー型の可変光減衰器における２つの光導波路４３ａ，４３ｂ間の間隔（３０〜４０μｍ）に比べて狭く、ヒータ５の熱を効率良く利用できて低消費電力化を図ることができるとともに、製造時の光学定数の面内ばらつきを小さくできて初期挿入損失が小さくなるとともに減衰特性のチップ間ばらつきが小さくなるから、製造時の歩留まりの向上が容易になる。
【００２２】
また、図６に示した従来の光機能素子のように２つの光導波路５１，５２間の間隔が２〜３μｍ程度に設定されているものに比べて加工精度を高めることができるから、従来のマッハツェンダー型の可変光減衰器や光減衰器として利用可能な光機能素子に比べて製造時の歩留まりを容易に向上させることができる。
【００２３】
（実施形態２）
本実施形態の光減衰器は、図２に示すように、入力用光導波路１を通して入力した光を減衰させて出力用光導波路２へ出力する光減衰用光導波路６を備えている。ここに、光減衰用光導波路６は、入力用光導波路１および出力用光導波路２に比べて幅広に形成されている。
【００２４】
各光導波路１，２，６はクラッド層４に埋設されたコアにより構成してある。コアはクラッド層４よりも屈折率が高い材料（例えば、合成樹脂、ガラス、半導体など）により形成してあり、コアおよびクラッド層４のいずれも温度上昇により屈折率が低下する。なお、以下では、図２（ｃ）の左右方向を上下方向、図２（ａ）の上下方向を左右方向と規定して説明する。
【００２５】
本実施形態の光減衰器は、光減衰用光導波路６の幅方向の一方側（図２（ａ）の上側）において光減衰用光導波路６と上下方向で重ならない位置に配置されたヒータ５を備えている。ここにおいて、ヒータ５は、クラッド層４上に形成されており、ヒータ５への通電状態を制御することによりクラッド層４およびコアの温度が上昇し屈折率が低下する。つまり、ヒータ５は、光減衰用光導波路６の屈折率を制御する機能を有している。
【００２６】
なお、本実施形態の光減衰器のクラッド層４は下部クラッドと上部クラッドとにより構成されている。したがって、本実施形態の光減衰器を製造する際には、下部クラッド上にコアをパターン形成した後、上部クラッドを形成し、続いて、ヒータ５を形成すればよい。ここに、コアのパターン形成にあたっては、例えばリソグラフィ技術やエッチング技術などを利用すればよく、紫外線硬化型のポリマ材料を下部クラッド上に塗布してから紫外線を露光するようにしてもよい。
【００２７】
光減衰用光導波路６は、入力用光導波路１側では入力用光導波路１から離れるほど左右方向の幅が広くなるように形成され、出力用光導波路２側で出力用光導波路２に近づくほど左右方向の幅が狭くなるように形成されている。また、光減衰用光導波路６は、幅方向の中央部に、入力用光導波路１および出力用光導波路２と同程度のオーダの幅の抜き部６ｃが貫設されている。なお、入力用光導波路１および出力用光導波路２の幅は、材料の屈折率や伝搬波長などに応じて適宜設計すればよいが、材料として合成樹脂やガラスなどを用いる場合には一般的に５〜８μｍ程度、材料として半導体を用いる場合には一般的に４〜６μｍ程度なので、抜き部６ｃの幅はコアの材料として合成樹脂やガラスなどを用いる場合には５〜８μｍ程度、半導体を用いる場合には４〜６μｍ程度に設定すればよい。
【００２８】
以上説明した本実施形態の光減衰器は、入力用光導波路１を通して入力した光を減衰させて出力用光導波路２へ出力する光減衰用光導波路６と、光減衰用光導波路６の屈折率を制御するヒータ５とを備え、光減衰用光導波路６に入力用光導波路１および出力用光導波路２と同程度のオーダの幅の抜き部６ｃが貫設されているので、光減衰用光導波路６における抜き部６ｃの幅が図４に示した従来のマッハツェンダー型の可変光減衰器における２つの光導波路４３ａ，４３ｂ間の間隔（３０〜４０μｍ）に比べて狭いので、ヒータ５の熱を効率良く利用できて低消費電力化を図ることができる。しかも、入力用光導波路１と出力用光導波路２との間に介在する光減衰用光導波路６に貫設する抜き部６ｃの幅が入力用光導波路１および出力用光導波路２と同程度のオーダなので、図６に示した従来の光機能素子のように２つの光導波路５１，５２間の間隔が２〜３μｍ程度に設定されているものに比べて加工精度を高めることができ、挿入損失を安定的に低下させることができるから、製造時の歩留まりを容易に向上させることができる。
【００２９】
また、本実施形態の光減衰器では、入力用光導波路１と出力用光導波路２との間に介在する幅広の光減衰用光導波路６に抜き部６ｃを貫設してあることにより、抜き部６ｃを貫設しない場合に比べて光の減衰効果を高めることができる。
【００３０】
（実施形態３）
本実施形態の光減衰器は、図３に示すように、入力用光導波路１と出力用光導波路２との間に介在し互いに離間した２つの光導波路３ａ，３ｂと、２つの光導波路３ａ，３ｂに温度差を与えるヒータ５とを備えており、ヒータ５が２つの光導波路３ａ，３ｂの間で一方の光導波路３ａ側にずらして配置されている点に特徴がある。
【００３１】
ところで、ヒータ５が２つの光導波路３ａ，３ｂの間の真ん中に位置している場合（つまり、ヒータ５と一方の光導波路３ａとの間の距離と、ヒータ５と他方の光導波路３ｂとの間の距離とが同じ場合）にはヒータ５へ電力を投入しても２つの光導波路３ａ，３ｂに温度差が生じないので光が減衰せず、また、図４に示した従来例のように２つの光導波路４３ａ，４３ｂに厚み方向で重なる位置にヒータ４４ａ，４４ｂが配置されている場合には２つの光導波路４３ａ，４３ｂの温度差が最大になるので、光減衰量が投入電力の変化に対して最も敏感になる。
【００３２】
これらの場合に対して、本実施形態の光減衰器では、ヒータ５が２つの光導波路３ａ，３ｂの間で一方の光導波路３ａ側にずらして配置されているので、ヒータ５への投入電力を効率良く利用できて低消費電力化を図ることができ、しかも、投入電力に対する光減衰量の感度（つまり、光出力の感度）を下げることができるから、製造時の歩留まりを容易に向上できる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明は、入力用光導波路と出力用光導波路との間に介在し互いに離間した２つの光導波路と、前記２つの光導波路に温度差を与えるヒータとを備え、前記２つの光導波路の中間部同士の間隔を前記２つの光導波路が互いの干渉を受けない間隔よりも狭く設定してなるものであり、入力用光導波路と出力用光導波路との間に介在する２つの光導波路間の間隔が従来のマッハツェンダー型の可変光減衰器に比べて狭いので、ヒータの熱を効率良く利用できて低消費電力化を図ることができるとともに、製造時の光学定数の面内ばらつきを小さくでき、製造時の歩留まりの向上が容易になるという効果がある。
【００３４】
請求項２の発明は、入力用光導波路を通して入力した光を減衰させて出力用光導波路へ出力する光減衰用光導波路と、光減衰用光導波路の屈折率を制御するヒータとを備え、光減衰用光導波路は、入力用光導波路および出力用光導波路に比べて幅広であって、入力用光導波路および出力用光導波路と同程度のオーダの幅の抜き部が貫設されてなるものであり、光減衰用光導波路に貫設した抜き部の幅が従来のマッハツェンダー型の可変光減衰器における２つの光導波路間の間隔に比べて狭いので、ヒータの熱を効率良く利用できて低消費電力化を図ることができ、しかも、入力用光導波路と出力用光導波路との間に介在する光減衰用光導波路に貫設する抜き部の幅が入力用光導波路および出力用光導波路と同程度のオーダなので、２つの光導波路間の間隔が２〜３μｍ程度に設定され光減衰器として利用可能な従来の光機能素子に比べて加工精度を高めることができ、挿入損失を安定的に低下させることができるから、製造時の歩留まりを容易に向上させることができるという効果がある。
【００３５】
請求項３の発明は、入力用光導波路と出力用光導波路との間に介在し互いに離間した２つの光導波路と、前記２つの光導波路に温度差を与えるヒータとを備え、ヒータは、前記２つの光導波路の間で一方の光導波路側にずらして配置されてなるものであり、ヒータの熱を効率良く利用できて低消費電力化を図ることができ、しかも、ヒータへの投入電力に対する光減衰量の感度（つまり、光出力の感度）を下げることができるので、製造時の歩留まりの向上が容易になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図２】実施形態２を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図３】実施形態２を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】従来例を示す概略平面図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】他の従来例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１入力用光導波路
２出力用光導波路
３ａ，３ｂ光導波路
４クラッド層
５ヒータ

Claims

入力用光導波路と出力用光導波路との間に介在し互いに離間した２つの光導波路と、前記２つの光導波路に温度差を与えるヒータとを備え、前記２つの光導波路の中間部同士の間隔を前記２つの光導波路が互いの干渉を受けない間隔よりも狭く設定してなることを特徴とする光減衰器。
入力用光導波路を通して入力した光を減衰させて出力用光導波路へ出力する光減衰用光導波路と、光減衰用光導波路の屈折率を制御するヒータとを備え、光減衰用光導波路は、入力用光導波路および出力用光導波路に比べて幅広であって、入力用光導波路および出力用光導波路と同程度のオーダの幅の抜き部が貫設されてなることを特徴とする光減衰器。
入力用光導波路と出力用光導波路との間に介在し互いに離間した２つの光導波路と、前記２つの光導波路に温度差を与えるヒータとを備え、ヒータは、前記２つの光導波路の間で一方の光導波路側にずらして配置されてなることを特徴とする光減衰器。