JP2005062500A - 熱光学型可変光減衰器及びこれを用いたアレイ型可変光減衰器 - Google Patents

Abstract

【課題】 隣接導波路アレイ間の低クロストークを実現する、アレイ型可変光減衰器に適用可能な熱光学型可変光減衰器を提供する。
【解決手段】 負熱光学効果を有する光学材料を用いた熱光学型可変光減衰器１００は、シングルモード光導波路１，８の間に、テーパ部２，７を介してマルチモード光伝搬部３を設け、上記マルチモード光伝搬部３の上部に加熱薄膜ヒータ４を第１の光導波路５０の光伝搬方向に対して角度β傾斜させて設け、更に、上記マルチモード光伝搬部３の側面３Ｓ_１に光学的に結合し、上記第１の光導波路５０の光伝搬方向に対して角度２β傾斜させて第２の光導波路９を設けて成る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、大容量多チャンネルの光通信システム及び光計測システム等の分野において、光信号の強度をチャンネル毎に調整できる熱光学型可変光減衰器及びこれを用いたアレイ型可変光減衰器に関する。

近年、インターネットの急速な普及に伴い、光通信ネットワークの伝送容量を増大させるための試みの一つとして、波長の異なる複数の光信号を１本の光ファイバに多重して伝送する波長分割多重伝送（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式が実用化されるに至っている。ＷＤＭシステムにおいては、光増幅器（例えば、エルビニウムドープファイバアンプ：ＥＤＦＡ）の使用が必要不可欠となるが、通常、光増幅器は利得波長依存性を持つため、受信機の飽和やＳ／Ｎ比の悪化等の問題を抱える。

このような問題を解決する手段の一つとして、ＷＤＭシステムにおける合波器の入力側に可変光減衰器（ＶＯＡ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）を設け、波長毎に信号レベルを調整する方法が行なわれている。

そのためには、多数のＶＯＡを並列に配置することによって、波長毎にＶＯＡを用いるアレイ型ＶＯＡの使用が好ましい。一般に、ＶＯＡには、低挿入損失、偏波無依存性、波長無依存性、光減衰量可変範囲の広域性などの特性が望まれる。アレイ型ＶＯＡの場合には更に、隣接ＶＯＡアレイ間の低クロストーク、低コスト、コンパクト化、低消費電力などが要求される。

このような要求を満たすＶＯＡとして、電気光学効果、磁気光学効果、熱光学効果（温度により屈折率が変化する効果）を用いた非機械式ＶＯＡがある。特に、熱光学効果を用いたＶＯＡ（熱光学型ＶＯＡ）の製造材料として、温度変化に対して屈折率の変化が大きい光学ポリマー材料が近年注目を集めている。

光学ポリマー材料は、ＳｉＯ_２（二酸化シリコン：石英）材料と比較して、熱光学係数が一桁以上大きく、熱伝導率が低いことから、低消費電力が図れ、かつ低コストで製造できるという利点がある。特に、ポリイミド樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ゾルゲル法による有機無機ポリマー等の光学ポリマー材料は、温度が高くなると屈折率が低くなるという負熱光学効果を有する。

熱光学型ＶＯＡの製造に関し、このような特性を有する光学ポリマー材料を用いると、スピンコート法により薄膜形成が容易となる上、製造プロセスを低温で行うことが可能となるため、製造基板を限定する必要がなく、大面積基板での製造が可能となり、熱光学型ＶＯＡを構成するクラッド層やコア層の積層化も容易である。また、スピンコート法に限らず、多種多様な製造方法が適用できるため、量産性に優れ、低コストも期待できる。

図８は、従来の熱光学型ＶＯＡの構成を示したスケルトン平面図である（特許文献１、及び非特許文献１、２を参照。）。

図８の熱光学型可変光減衰器２０においては、電源２５から電流が流されると、ヒータ２４が加熱され、ヒータ２４の下方に位置するマルチモード光導波路２３の被加熱部の温度が上昇する。すると、熱光学型可変光減衰器２０を構成する光学ポリマー材料の負熱光学特性により上記被加熱部の屈折率が小さくなる。これにより、シングルモード光導波路２１を伝搬する入力光ψ_１０（光パワーＰ_１０）がテーパ部２２を伝搬した後、マルチモード光導波路２３の上記被加熱部において高次モード光ψ_１、ψ_２が励起される。そして、この励起された高次モード光ψ_１、ψ_２は、マルチモード光導波路２３の周辺に拡散し、光漏洩が起こり、その結果、シングルモード光導波路２７の出力光パワー（Ｐ_１１）が減衰する（すなわち、Ｐ_１１＜Ｐ_１０）。

上記熱光学型可変光減衰器２０を複数並列に配置してアレイ型可変光減衰器を構成した場合、各マルチモード導波路から漏洩された光が隣接導波路と結合することになって、光減衰量の可変範囲及び隣接導波路間のクロストークを悪化させるといった課題が生じる（例えば、隣接導波路の間隔が２５０μｍの場合、クロストークは約−３４ｄＢである。）。
特開２００２−１６２６５４ ELECTRONICS LETTERS, 23rd November 2000 Vol.36 No. 24, pp2032-2033. ELECTRONICS LETTERS, 26rd April 2001 Vol.37 No.9, pp587-588.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ヒータにより加熱されたアレイ型導波路の被加熱部で励起された高次モード光の拡散による漏洩に起因する隣接導波路間のクロストークを低減させると共に、光減衰量の可変範囲を大きくすることができるアレイ型可変光減衰器を容易に得ることのできる熱光学型可変光減衰器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、負熱光学効果を有する光学材料を用いた熱光学型可変光減衰器であって、入力光が伝搬する第１のシングルモード光伝搬部と、出力光が伝搬する第２のシングルモード光伝搬部と、前記第１及び第２のシングルモード光伝搬部の間に設けられたマルチモード光伝搬部と、前記第１のシングルモード光伝搬部と前記マルチモード光伝搬部の間に設けられた第１のテーパ部と、前記第２のシングルモード光伝搬部と前記マルチモード光伝搬部の間に設けられた第２のテーパ部と、を有する第１の光導波路と、前記第１の光導波路の出力光の伝搬方向に対して角度β傾斜させて、前記マルチモード光伝搬部上に配置された薄膜ヒータと、前記薄膜ヒータによって励起され、拡散放出された高次モード光を受光し、バイパスさせるために、前記マルチモード光伝搬部の片側に、前記出力光の伝搬方向に対して角度２β傾斜した方向に設けられたマルチモード光受光部と、前記マルチモード光受光部で受光されたマルチモード光を前記第２のシングルモード光伝搬部の中心軸と平行な方向にガイドし、放出させるための出力部と、を有する第２の光導波路と、を備えたことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱光学型可変光減衰器であって、前記第１の光導波路のマルチモード光伝搬部の片側と、当該マルチモード光伝搬部の片側に角度２β傾斜した方向に設けられた前記第２の光導波路とが交差するＶ字型領域に、前記高次モード光を効率的に受光伝搬させるための三角形状の補助光導波路を設けたことを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の熱光学型可変光減衰器であって、前記マルチモード光受光部に起因する光伝搬損失を低減するため、前記マルチモード光受光部の他側が、三角形状に除去された形状を有することを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の熱光学型可変光減衰器であって、前記第１の光導波路のマルチモード光伝搬部の片側と、前記第２の光導波路のマルチモード光受光部とが、離隔して光結合するように所定間隔を有することを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の熱光学型可変光減衰器であって、前記所定間隔が３μｍ以下であることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の熱光学型可変光減衰器であって、前記第１の光導波路の第１のテーパ部が、放物線形状を有することを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明は、アレイ型可変光減衰器であって、請求項１乃至６のいずれかに記載の熱光学型可変光減衰器を複数並列に配置して成ることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、入力光が伝搬する第１のシングルモード光伝搬部と、出力光が伝搬する第２のシングルモード光伝搬部の間にテーパ部を介して設けられたマルチモード光伝搬部を有する第１の光導波路と、前記第１の光導波路の光伝搬方向に対して角度β傾斜してマルチモード光伝搬部上にヒータを配置した熱光学型可変光減衰器において、このヒータに電流を流した際に励起される高次モード光を放出し減衰させるに当たって、前記マルチモード光伝搬部の片側に、前記第１の光導波路の光伝搬方向に対して角度２β傾斜した方向に高次モード光を受光するためのマルチモード光受光部と、マルチモード光受光部で受光された高次モード光を前記第２のシングルモード光伝搬部の中心軸と平行な方向にガイドし、放出させるための出力部を有する第２の光導波路を設けて減衰させるため、励起された高次モード光がマルチモード光伝搬部の周辺へ拡散することを抑制することができる。従って、本発明の熱光学型光減衰器を高密度に並列に配置してアレイ型可変光減衰器を構成した場合、隣接する光減衰器からの漏洩光の結合に基づく光導波路アレイ間のクロストークを低減させることができると共に、光減衰量の可変範囲を大きくすることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の熱光学型可変光減衰器において、第２の光導波路のマルチモード光受光部に、三角形状の補助光導波路を設けたことにより、ヒータによって励起された高次モード光を一層効率的に取り込むことができる。このため、請求項１に記載の効果を一層高めることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の熱光学型可変光減衰器において、マルチモード光受光部の他側を三角形状に除去された形状としたことにより、第１の光導波路のマルチモード光伝搬部の片側と第２の光導波路のマルチモード光受光部との結合長さが小さくなるため、ヒータに電流が流されてない場合、すなわち光減衰を必要としない場合に入力光の一部が第２の光導波路のマルチモード光受光部に漏洩し、入力光が減衰することを防止でき、可変範囲の広い光減衰器を得ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の熱光学型可変光減衰器において、第１の光導波路のマルチモード光伝搬部と第２の光導波路のマルチモード光受光部とが、所定の間隔で離隔して光結合するように設けられているため、請求項３記載の効果を一層高めることができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の熱光学型可変光減衰器において、所定間隔を３μｍ以下としたことにより、請求項４に記載の効果を一層確実なものとすることができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５のいずれかに記載の熱光学型可変光減衰器において、前記第１の光導波路の第１のテーパ部を放物線形状としたことにより、第１のテーパ部の長さをより短くできるので、可変光減衰器をよりコンパクトにすることができる。

請求項７に記載の発明によれば、前記第１の光導波路のマルチモード光伝搬部の片側に、ヒータの加熱によって励起された高次モード光を受光して、バイパスさせるための第２の光導波路が設けられた光減衰器を複数並列に配置したアレイ型可変光減衰器であるため、ヒータの加熱によって励起された高次モード光が隣接導波路へ拡散漏洩して、光減衰量の可変範囲や導波路アレイ間のクロストークの劣化を抑制することができる。このため優れた高密度のアレイ型光減衰器が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図１から図７に基づき説明する。

本発明に係る熱光学型可変光減衰器の第１の実施形態を、図１及び図５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図１は、本発明に係る熱光学型可変光減衰器の第１の実施形態を示すスケルトン平面図である。図５（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線における光導波路断面図であり、図５（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線における光導波路断面図であり、図５（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線における光導波路断面図である。

図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の熱光学型可変光減衰器１００は、Ｓｉ（シリコン）、ガラス（石英）、光学ポリマーなどの材料から成る基板１３上に、光学ポリマーなどの材料から成る導波路１２（上部クラッド層１２Ａ、導波路コア層１，７，３，９Ａ、下部クラッド層１２Ｃ）、及び金属材料（たとえば、Ｔａ−Ａｕ）から成る薄膜ヒータ層４を順次積層させたもので、導波路コア層１，７，３，９Ａは、クラッド層１２Ａ，１２Ｃの屈折率よりも大きい屈折率を有する光学ポリマー材料から成る。

本実施形態の熱光学型可変光減衰器１００の構成を、図１を用いて説明する。

熱光学型可変光減衰器１００は、第１の光導波路５０と、第１の光導波路５０を伝搬する光の強度を制御するための薄膜ヒータ４と、負熱光学効果によって第１の光導波路で発生した高次モード光をガイドするための第２の光導波路９から構成される。

第１の光導波路５０は、入力光（光パワーＰ_ＩＮ）が伝搬する第１のシングルモード光伝搬部１と、第１のシングルモード光伝搬部１の上記入力光の伝搬方向に形成された第１のテーパ部２と、第１のテーパ部２を伝搬する光の伝搬方向に形成されたマルチモード光伝搬部３と、マルチモード光伝搬部３の上記光の伝搬方向に形成された第２のテーパ部７と、第２のテーパ部７の上記光の伝搬方向に形成された第２のシングルモード光伝搬部８とから構成される。

ここで、第１のシングルモード光伝搬部１と、第１のテーパ部２と、マルチモード光伝搬部３と、第２のテーパ部７と、第２のシングルモード光伝搬部８とは同一の中心軸ＣＬ_１を有する。また、第１のシングルモード光伝搬部１と第２のシングルモード光伝搬部８とは同じ大きさの幅Ｗ_１を有する。更に、マルチモード光伝搬部３の幅Ｗ_２は第１及び第２のシングルモード光伝搬部１，８の幅Ｗ_１よりも大きい（Ｗ_１＜Ｗ_２）。更に、第１のテーパ部２の長さＬ_１と第２のテーパ部７の長さＬ_３は、マルチモード光伝搬部３の長さＬ_２よりも小さい（Ｌ_１，Ｌ_３＜Ｌ_２）。

第２の光導波路９は、マルチモード光伝搬部３の片側側面３Ｓ_１から所定の角度２β（０＜β＜π／２）を有する光導波路として設けられている。したがって、本実施形態の熱光学型可変光減衰器１００は、全体として非対称Ｙ字形状を成している。

この第２の光導波路９は、マルチモード光伝搬部３と同じ幅Ｗ_２を有し、Ｐ_１，Ｐ_２を片側側面３Ｓ_１との接合点とするマルチモード光の受光部９Ａと、第２のシングルモード光伝搬部８の幅Ｗ_１と同じ幅と同じ出力方向を有する出力端部９Ｃ（出力部）と、受光部９Ａと出力端部９Ｃとを結ぶゆるやかな曲線形状のテーパ状光導波路９Ｂとから成る。

また、第１の光導波路５０の第２のシングルモード光伝搬部８の中心軸ＣＬ_１と、第２の光導波路９の出力端部９Ｃの中心軸ＣＬ_２との間隔Ｄは、隣接導波路アレイ間の間隔の１／２に設定するのがよい。

また、本実施形態においては、第１の光導波路の第１のテーパ部２の光導波路形状を放物線形状にした。このとき、第１のテーパ部２において、関係式：ｗ（ｚ）＝（２αλ_ｇｚ＋ｗ_ｍｉｎ２）_１／２が成り立つ。ここで、ｚ（０≦ｚ≦Ｌ_１）は、第１のテーパ部２の上記入力光の伝搬方向の入力側の端面に原点Ｏを設定したときの、第１のテーパ部２の中心軸ＣＬ_１に沿った第１のテーパ部２の長さを表す。したがって、Ｗ（ｚ）は長さｚにおける第１のテーパ部２の幅を表し、Ｗ（０）＝Ｗ_１≡Ｗ_ｍｉｎ，Ｗ（Ｌ_１）＝Ｗ_２≡Ｗ_ｍａｘとなる。また、λ_ｇ≒λ_０／ｎ_ｃであり、λ_０は真空中の光の伝搬波長、ｎ_ｃは光導波路コア層１，７，３，９Ａの屈折率を表す。また、αは０＜α＜１を満たす定数である。上記関係式を満たすように第１のテーパ部２の光導波路形状を放物線形状にすると、テーパ部の長さをより短くすることができる。

このような本実施形態の熱光学型可変光減衰器１００の製造にあたっては、様々な製造方法を適用することが可能であるが、ここでは、半導体製造プロセスを一例として取り上げて簡潔に説明する。

Ｓｉ、ガラス、又は光学ポリマー材料から成る基板上に、光学ポリマー材料を用いて下部クラッド層１２Ｃ、導波路コア層１，７，３，９Ａ、上部クラッド層１２Ａの順でスピンコート法により成膜する。

上記導波路コア層１，７，３，９Ａを形成するには、フォトリソグラフィ法と、ドライエッチング法（反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ））が一般的な方法として用いられる。

次いで、金属材料（例えば、Ｔａ−Ａｕ）を真空蒸着又はスパッタリング法により成膜し、その後フォトリソグラフィ法とウェットエッチング法により薄膜ヒータ層４に作製する。

次に、上記のようにして構成された本実施形態の熱光学型可変光減衰器１００の動作原理について説明する。

薄膜ヒータ層４に電流が流されると、マルチモード光伝搬部３の負熱光学特性により、上部クラッド層１２Ａを介して加熱されたマルチモード光伝搬部３の被加熱部の屈折率が周囲の光導波路コア層部分に比べて小さくなる。これによって、上記被加熱部において高次モード光が励起されることになる。この高次モード光のうち、一部の高次モード光は上記被加熱部を透過し、第２のテーパ部７に入射される。そして、大部分の高次モード光は、上記被加熱部において反射角βで全反射され、マルチモード光伝搬部３の片側側面３Ｓ_１から、第２の光導波路９の受光部９Ａに導入され、第２の光導波路９の出力端９Ｃに向けてゆるやかな曲線形状に形成されたテーパ状導波路９Ｂを伝搬しながら、光を拡散放出し、出力端部９Ｃにおいては殆ど周囲への影響がない程度にまで減衰されて放出されるようになる。

一方、第１の光導波路５０の上記高次モード光は、第２のテーパ部７から拡散漏洩し、第２のシングルモード光伝搬部８からはシングルモード光のみが出力光（光パワーＰ_ＯＵＴ１）として外部へ出力されることになる。その結果、上記出力光の光パワーＰ_ＯＵＴ１は、第１のシングルモード光伝搬部１を伝搬する入力光パワーＰ_ＩＮと比べて小さくなる。

薄膜ヒータ層４に流れる電流が大きくなれば、第１の光導波路５０のマルチモード光伝搬部３の被加熱部で全反射されるマルチモード光の量が多くなり、更に多くの入力光が減衰されることになるので、本発明は、薄膜ヒータ層４に流される電流の大きさを変化させることによって可変光減衰器として動作させることができる。

このように、本実施形態の熱光学型可変光減衰器１００においては、第１の光導波路５０のマルチモード光伝搬部３の被加熱部において全反射して励起された高次モード光の殆どが、第２の光導波路９の受光部９Ａにスムーズに取り込まれ、出力端部９Ｃに向けて伝搬しながら拡散漏洩される。

したがって、本実施形態の熱光学型可変光減衰器１００を複数並列に配置してアレイ型可変光減衰器を製造した場合の、高次モード光の拡散漏洩に起因する隣接導波路アレイ間のクロストークを従来技術よりも低減させることが可能となる。本実施形態においては、隣接導波路アレイの間隔が２５０μｍの場合、光減衰量の可変範囲は２５ｄＢ以上、クロストークは−４０ｄＢ以下になる。）。

次に、本発明に係る熱光学型可変光減衰器の第２の実施形態について、図２を用いて説明する。図２は、本発明に係る熱光学型可変光減衰器の第２の実施形態を示すスケルトン平面図である。図２において、第１の実施形態と同じ部材には同一の符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明するにとどめる。

本実施形態の熱光学型可変光減衰器１００Ａは、第１の光導波路５０のマルチモード光伝搬部３の片側側面３Ｓ_１からＹ字形に延出された第２の光導波路９とが交差するＶ字形領域にＰ_１，Ｐ_３，Ｐ_４を頂点とする三角形状の光導波路を、薄膜ヒータ層４によって励起された高次モード光を取り込むための補助光導波路１０として設けたものである。

次に、以上のようにして構成された本実施形態の熱光学型可変光減衰器１００Ａの動作原理について説明する。

第１の実施形態において説明したように、薄膜ヒータ層４に電流が流されると、これによって励起された高次モード光の大部分は第２の光導波路９の受光部９Ａに導入されるが、一部の励起された高次モード光はＧｏｏｓ−Ｈａｎｃｈｅｎ効果によって、マルチモード光伝搬部３と第２の光導波路９とが交差するＶ字形領域Ｔ_１からも拡散放出される。

そこで、本実施形態においては、上記頂角２βを成すＶ字形領域Ｔ_１に、三角形状の補助導波路１０を設け、これによってマルチモード光伝搬部３の片側側面３Ｓ_１から拡散放出される高次モード光をより一層スムーズに第２の光導波路９に取り込むことができるようにした。

したがって、本実施形態の熱光学型可変光減衰器１００Ａを多数並列に配置してアレイ型可変光減衰器を製造した場合、第１の光導波路５０の第２のテーパ部２における高次モード光の拡散漏洩に起因する隣接導波路アレイ間のクロストークを、従来技術は言うに及ばす第１の実施形態よりも更に低減させることが可能となる。

次に、本発明に係る熱光学型可変光減衰器の第３の実施形態について、図３を用いて説明する。図３は、本発明に係る熱光学型可変光減衰器の第３の実施形態を示すスケルトン平面図である。図３のおいて、第２の実施形態と同じ部材には同一の符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。

本実施形態の熱光学型可変光減衰器１００Ｂは、マルチモード光伝搬部３の片側側面３Ｓ_１からＹ字形に分岐した第２の光導波路９の受光部９Ａの下側部分にＰ_２，Ｐ_５，Ｐ_６を頂点とする三角形状の導波路除去部Ｔ_２１を設けたものである。

次に、以上のようにして構成された本実施形態の熱光学型可変光減衰器１００Ｂの動作原理について説明する。

本実施形態においては、薄膜ヒータ層４に電流が流されない場合に顕著となるので、以下ではそのような状況についてのみ説明する。

薄膜ヒータ層４によって励起された高次モード光を誘導して拡散放出させるための第２の光導波路９はヒータに電流が流されてない場合でも、マルチモード光伝搬部３を伝搬する入射光の一部を漏洩させ伝送損失を増大させる問題がある。

そこで、本実施形態は、高次モードの受光に対する影響が比較的少ないこのマルチモード光伝搬部３に接合する第２の光導波路９の下側部分に３角形状の導波路除去部Ｔ_２１を設けたもので、これによって挿入損失の要因となる接合部分の長さが短くなるので、挿入損失を低減させることができる。

次に、本発明に係る熱光学型可変光減衰器の第４の実施形態について、図４，６，及び７を用いて説明する。図４は、本発明に係る熱光学型可変光減衰器の第４の実施形態を示すスケルトン平面図である。図６は、図４のＥ−Ｅ’線での光導波路断面図である。図７は、本発明の第４の実施形態における光減衰量可変範囲の数値シミュレーションの結果を示すグラフである。図４のおいて、第３の実施形態と同じ部材には同一の符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。

本実施形態は、第３の実施形態において、第２の光導波路９の受光部９Ａと第１の光導波路５０のマルチモード光伝搬部３の片側側面３Ｓ_１とを所定の間隔Ｗ_３で離間して光結合させたものである。

次に、以上のようにして構成された本実施形態の熱光学型可変光減衰器１００Ｃの動作原理について説明する。

図７は、本実施形態の熱光学型可変光減衰器における光減衰量の可変範囲のシミュレーション結果を示したものである。図７において、横軸は室温からの温度増加量ΔＴ（℃）、縦軸は可変光減衰量（ｄＢ）を表す。

このシミュレーションにおける各種パラメータを以下のように設定した。

第１及び第２の光導波路コア層１，７，３，９Ａの屈折率＝１．５３３、クラッド層１２Ａ，１２Ｃの屈折率＝１．５２６、下部クラッド層１２Ｃの厚さｄ_１＝１０μｍ、第１及び第２の光導波路コア層の厚さｈ＝７μｍ、上部クラッド層１２Ａの厚さｄ_２＝１０μｍ、第１及び第２のシングルモード光伝搬部１，８及び第２の光導波路９の出力端部９Ｃの幅Ｗ_１＝７μｍ、マルチモード光伝搬部３の幅Ｗ_２＝３０μｍ、第１のテーパ部２の長さＬ_１＝１１００μｍ、マルチモード光伝搬部３の長さＬ_２＝３０００μｍ、第２のテーパ部７の長さＬ_３＝９００μｍ、除去部Ｔ_２１の光結合部の除去長さＬ_４＝１００μｍ、補助光導波路１０の受光部の結合長さＬ_５＝５００μｍ、第１の光導波路の第２のシングルモード光伝搬部８の中心軸ＣＬ_１と第２の光導波路９の出力端部９Ｃの中心軸ＣＬ_２との間隔Ｄ＝（導波路アレイ間隔）／２。なお、マルチモード光伝搬部３の幅Ｗ_２は２５〜５０μｍ、薄膜ヒータ層４の傾斜角βは１．０°〜１．５°、第２の光導波路９の中間部９Ｂの曲率半径Ｒ_１，Ｒ_２は１０ｍｍ以上であればよい。また、薄膜ヒータ層４の材料としてＴａ−Ａｕを選定し、薄膜ヒータ層４の厚さｄ_３＝０．２μｍ、薄膜ヒータ層４の幅Ｗ_４＝７μｍ、薄膜ヒータ層４の傾斜角β＝１．４°、薄膜ヒータ層４の長さ＝３．５ｍｍと設定した。また、第１の光導波路５０の第１のテーパ部２の形状は放物線形状とした。

上記の様に設定された各種パラメータを用いて、ΔＴ（℃）と第１の光導波路５０における可変光減衰量（ｄＢ）との関係をシミュレーションした結果を図７に示す。ここに示された各曲線は、第２の光導波路９がない場合、第１の光導波路５０の片側側面３Ｓ_１と第２の光導波路９の受光部９Ａとの間隔Ｗ_３＝０μｍ，１μｍ，２μｍの場合を表している。

このことから、第２の光導波路９を有しない場合の可変光減衰量は約１４ｄＢ、上記間隔Ｗ_３が２μｍの場合は約１８ｄＢ、上記間隔Ｗ_３が１μｍの場合は約２２ｄＢ、上記間隔Ｗ_３が０μｍの場合は約２８ｄＢとなり、後者の３つの場合のすべてが第２の光導波路９を有しない場合よりも光減衰量の可変範囲が広くなることがわかる。また、後者の３つの場合を比較してみると、上記間隔Ｗ_３が０μｍの場合が最も光減衰量の可変範囲が広いことがわかる。しかし、ΔＴ＝０℃の場合の入力光の伝送損失を比較してみると、上記間隔Ｗ_３が０μｍの場合は約０．５ｄＢ、上記間隔Ｗ_３が２μｍの場合は約０．３ｄＢ以下と伝送損失が小さくなる。

したがって、第１の光導波路５０の一方の側面３Ｓ_１と第２の光導波路９の受光部９Ａとの間隔Ｗ_３は、使用目的に応じて光減衰量可変範囲と光クロストークとをトレードオフさせて選択すればよい。

以上において、本発明の実施形態の詳細を説明したが、本発明の熱光学型可変光減衰器及びこれを用いたアレイ型可変光減衰器は、上記実施形態に限定されるものではない。

本発明に係る熱光学型可変光減衰器の第１の実施形態を示すスケルトン平面図である。 本発明に係る熱光学型可変光減衰器の第２の実施形態を示すスケルトン平面図である。 本発明に係る熱光学型可変光減衰器の第３の実施形態を示すスケルトン平面図である。 本発明に係る熱光学型可変光減衰器の第４の実施形態を示すスケルトン平面図である。 図５（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線における光導波路断面図であり、図５（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線における光導波路断面図であり、図５（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線における光導波路断面図である。 図４のＥ−Ｅ’線における光導波路断面図である。 本発明の第４の実施形態における減衰量可変範囲のシミュレーションの結果を示すグラフである。 従来の熱光学型可変光減衰器を示すスケルトン平面図である。

符号の説明

１ 第１のシングルモード光伝搬部
２ 第１のテーパ部
３ マルチモード光伝搬部
４ 薄膜ヒータ層
７ 第２のテーパ部
８ 第２のシングルモード光伝搬部
９ 第２の光導波路
１０ 補助光導波路
１２Ａ，１２Ｃ クラッド層
１３ 基板
５０ 第１の光導波路
β 薄膜ヒータ層の傾斜角度

Claims (7)

1. 負熱光学効果を有する光学材料を用いた熱光学型可変光減衰器であって、
   入力光が伝搬する第１のシングルモード光伝搬部と、出力光が伝搬する第２のシングルモード光伝搬部と、前記第１及び第２のシングルモード光伝搬部の間に設けられたマルチモード光伝搬部と、前記第１のシングルモード光伝搬部と前記マルチモード光伝搬部の間に設けられた第１のテーパ部と、前記第２のシングルモード光伝搬部と前記マルチモード光伝搬部の間に設けられた第２のテーパ部と、を有する第１の光導波路と、
   前記出力光の伝搬方向に対して角度β傾斜させて、前記マルチモード光伝搬部上に配置された薄膜ヒータと、
   前記薄膜ヒータによって励起され、拡散放出された高次モード光を受光し、バイパスさせるために、前記マルチモード光伝搬部の片側に、前記出力光の伝搬方向に対して角度２β傾斜した方向に設けられたマルチモード光受光部と、前記マルチモード光受光部で受光されたマルチモード光を前記第２のシングルモード光伝搬部の中心軸と平行な方向にガイドし、放出させるための出力部と、を有する第２の光導波路と、
   を備えたことを特徴とする熱光学型可変光減衰器。
2. 前記第１の光導波路のマルチモード光伝搬部の片側と、当該マルチモード光伝搬部の片側に角度２β傾斜した方向に設けられた前記第２の光導波路とが交差するＶ字型領域に、前記高次モード光を効率的に受光伝搬させるための三角形状の補助光導波路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱光学型可変光減衰器。
3. 前記マルチモード光受光部に起因する光伝搬損失を低減するため、前記マルチモード光受光部の他側が、三角形状に除去された形状を有することを特徴とする請求項２に記載の熱光学型可変光減衰器。
4. 前記第１の光導波路のマルチモード光伝搬部の片側と、前記第２の光導波路のマルチモード光受光部とが、離隔して光結合するように所定間隔を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱光学型可変光減衰器。
5. 前記所定間隔が３μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の熱光学型可変光減衰器。
6. 前記第１の光導波路の第１のテーパ部が放物線形状を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の熱光学型可変光減衰器。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の熱光学型可変光減衰器を複数並列に配置して成ることを特徴とするアレイ型可変光減衰器。

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