JP3157548B2 - 導波路型光タップ回路 - Google Patents

導波路型光タップ回路

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JP3157548B2 JP17779991A JP17779991A JP3157548B2 JP 3157548 B2 JP3157548 B2 JP 3157548B2 JP 17779991 A JP17779991 A JP 17779991A JP 17779991 A JP17779991 A JP 17779991A JP 3157548 B2 JP3157548 B2 JP 3157548B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光通信分野や光信号処理
分野等で用いる導波路型光タップ回路に関するものであ
る。さらに詳しくは、作製誤差に強く消光比の優れた導
波路型光タップ回路構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ通信や光信号処理を、さらに
発展、普及させるためには、光ファイバと受・発光素子
の高性能化、低価格化に加えて、光分岐結合器、光合分
波器、光スイッチ等の各種光回路部品の開発が不可欠と
なってきた。なかでも、信号光の一部を必要に応じて主
伝送路から引き出す光タップ回路は、光LAN(Local A
rea Network)等の光通信回線を構築したり、あるいはト
ランスバーサルフィルタ等の光信号処理回路を構成する
等の技術産業分野で重要性を増すと考えられる。
【0003】図3は、従来一般に用いられている光ファ
イバ型の光タップ回路(タップ数=3)の構成説明図で
ある。図3において、2は主光ファイバ、3a, 3b, 3cは
それぞれタップ用光ファイバであり、主光ファイバ2と
タップ用光ファイバ3a, 3b,3cのそれぞれ一部は互いに
融着され、光タップ要素としての方向性結合器4a, 4b,
4cを構成している。主光ファイバ1を伝わる信号光の一
部は、方向性結合器4a, 4b, 4cを経由してタップ用光フ
ァイバ3a, 3b, 3cへと取り出される。取り出し量(タッ
ピング率)は、方向性結合器4a, 4b, 4cの光結合率をあ
らかじめ設定しておくことにより決定される(例えばタ
ッピング率5%)。しかし、図3の光タップ構成では、
タッピング率が固定されており、需要の変化等に応じて
タッピング率を柔軟に変更することが困難であるという
問題点があった。
【0004】光タップ回路の構成形態としては、前記の
ファイバ型に加えて導波路型が提案されている。導波路
型は小面積に多数のタップを収容できるので、光通信分
野のみならず光信号処理分野にもその応用を期待されて
いる。図4は、文献(笹山、奥野、葉原、「コヒーレン
ト光トランスバーサルフィルタを用いたFDM交換にお
ける演算型遅延回路」、1991年電子情報通信学会春季全
国大会講演論文集、分冊4、B−988)に開示されている
導波路型光トランスバーサルフィルタの光タップ回路部
分(説明簡略化のためタップ数=3について図示)の構
成説明図である。図4の導波路型光タップ回路は、シリ
コン基板上の石英系光導波路を基本として構成されてお
り、11はシリコン基板、12は主光導波路、13a, 13b, 13
c はタップ用光導波路、14a, 14b, 14c は光タップ要素
である。光タップ要素14a, 14b,14c はそれぞれ対称形
マッハツェンダ型光干渉計回路構成をもち、主光導波路
12とタップ用光導波路13a, 13b, 13c とがそれぞれ2箇
所で近接し構成する一対の方向性結合器15a と16a 、15
b と16b 、15c と16c および主光導波路12の上に装荷さ
れた光位相シフタとししての薄膜ヒータ17a, 17b, 17c
から成っている。方向性結合器15a, 16a, 15b, 16b, 15
c,16c の光結合率は50%近傍に設定されている。前記の
マッハツェンダ光干渉計回路はいわゆる対称形であり、
方向性結合器15a と16a 、15b と16b 、15cと16c を連
結するそれぞれ2本の導波路の光路長は等しく設定され
ている。
【0005】図4における例えば光タップ要素14a は、
薄膜ヒータ17a に電力を印加しないオフ状態では、2個
の方向性結合器15a, 16aの結合率(50 %)が加算され、
光タップ要素としては100 %結合状態にあり、タッピン
グ率は100 %となっている。そこで、薄膜ヒータ17a を
駆動して温度上昇による光導波路の屈折率変化( 熱光学
効果) を利用して方向性結合器15a, 16a間の実効光路長
差を2分の1波長に近づけると、タッピング率は0%に
近づき、ヒータ電力の調整により、所望の5〜10%程度
のタッピング率を達成できる。しかし、このタッピング
率を維持するために各光干渉計回路に0.5 ワットもの電
力を供給する必要があり、タップ数が増加すると放熱や
安定性等に問題が生じる欠点があった。またタッピング
が必要でない箇所にも維持電力が必要になるという難点
があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、前記
の欠点に鑑みなされたもので、小さい維持電力でタッピ
ング率の調節が可能な導波路型光タップ回路を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の導波路型光タッ
プ回路は、基板と、該基板上に配置され信号光を伝える
主光導波路と、前記基板上に配置され前記信号光の一部
を引き出すためのタップ用光導波路からなり、タップ用
光導波路は主光導波路に2箇所で近接して2個の方向性
結合器を構成し、該2個の方向性結合器の間の領域でタ
ップ用光導波路が主光導波路より長くされ、これにより
主光導波路とタップ用光導波路の実効光路長差が信号光
波長の2分の1近傍に設定され、前記領域内の主光導波
路に前記実効光路長差を調節し信号光引出し量を制御す
るための光位相シフタが設けられていることを特徴とす
る。ここで、実効光路長とは光導波路の長さに光導波路
の実効屈折率を乗じたものである。
【0008】
【作用】本発明では、マッハツェンダ光干渉計回路の2
個の方向性結合器間において、2分の1波長程度の実効
光路長差が設定されていることにより、光位相シフタが
オフの状態では、信号光は主光導波路に留まった状態で
マッハツェンダ光干渉計回路を通過するし、タッピング
率は0%となり、必要に応じて光位相シフタを駆動する
ことにより、所望のタッピングを実現できる。タッピン
グが不必要な場合には、維持電力が不要である。
【0009】
【実施例】以下、図面により、本発明の実施例を詳細に
説明する。以下の実施例では、光導波路としてシリコン
基板上に形成した石英系単一モード光導波路を使用し、
光位相シフタとして熱光学効果位相シフタを採用した光
タップ回路について説明するが、これは、この組合せ
が、単一モード光ファイバとの接続性に優れ、しかも偏
波依存性の無い光タップ回路を提供できるためであり、
本発明は、これらの組合せに限定されるものではない。
【0010】実施例1 図1は本発明の導波路型光タップ回路の第1実施例(タ
ップ数=3)の構成図であり、(a) は平面図、(b),(c)
は、それぞれ図1(a)のA−A′、B−B′における拡
大断面図である。図1(a) において、21はシリコン基
板、22は石英系光導波路からなる主光導波路、23a, 23
b, 23c はタップ用光導波路であり、24a, 24b, 24c は
光タップ要素である。
【0011】各光タップ要素は、非対称形のマッハツェ
ンダ光干渉計回路構成をもち、例えば光タップ要素24a
は、主光導波路22とタップ用光導波路23a とが2箇所で
近接し構成する2個の方向性結合器(50 %結合率)25a,
26aと、主光導波路22の上に装荷された光位相シフタと
しての薄膜ヒータ27a からなっている。ここで特徴的な
ことは、方向性結合器25a, 26a間の主光導波路22とタッ
プ用光導波路23a との実効光路長差が2分の1波長近傍
に設定されていることである(この実施例では、主光導
波路側が短い)。すなわち、信号光波長が1.3 μm の場
合には実効光路長差0.65μm に設定されている。薄膜ヒ
ータ27a は短い方の光導波路、ここでは主光導波路側に
設定されている。他の光タップ要素24b, 24cも同等の構
造をもっている。
【0012】本発明で用いた光導波路は、図1(b),(c)
に例示したように、シリコン基板21の上の厚さ50μm 程
度の石英系ガラスクラッド層31に埋設された断面寸法6
μm×6μm の石英系ガラス光導波路からなっている。
方向性結合器部では、50%程度の光結合率を達成するよ
う主光導波路およびタップ用光導波路は、長さ0.5mm程
度にわたって数μm 間隔まで近接している。薄膜ヒータ
27a, 27b, 27c は、クロム金属膜を幅50μm 、長さ5mm
程度にわたって蒸着することにより形成したものであ
る。
【0013】さて、この実施例における光タップ要素24
a, 24b, 24c は、それぞれ薄膜ヒータ27a, 27b, 27c が
オフ状態では、主光導波路22からそれぞれタップ用光導
波路23a, 23b,23C へのタッピリング率は零%である。
その理由は、2分の1波長、すなわち位相に換算して18
0 度相当の実効光路長差を持つ非対称形マッハツェンダ
光干渉計回路においては、2個の方向性結合器は、逆位
相で連結されるので、その結合作用を互いに打ち消し合
い、見かけ上、方向性結合器が存在しないように作用す
るからである。
【0014】所望のタップ用光導波路へと信号光の一部
を引き出したい場合には、対応する薄膜ヒータに給電
し、その下部の光導波路の実効光路長を石英系ガラスの
熱光学効果を利用して増加させ、マッハツェンダ光干渉
計回路の非対称性を緩和して対称形に近づければよい。
【0015】図2は、熱光学位相シフタ(薄膜ヒータ)
駆動電力とタッピリング率との実験結果を示す説明図で
ある。駆動電力が零の場合はタッピング率が零であり、
駆動電力が増加するにつれてタッピング率は100 %に向
って増加する。この実施例では駆動電力0.5 Wにおいて
100 %タッピング率に到達したが、最大タッピング率を
与える駆動電力は、光導波路の微細構造や薄膜ヒータ微
細構造によって大きく左右されることを付記する。
【0016】この実施例において、光タップ要素を構成
する方向性結合器25a と26a 、25bと26b 、25c と26c
の結合率が、製作上の誤差要因により理想的な50%から
ずれた場合は、100 %の最大タッピング率に到達するこ
とができない(例えば方向性結合器の結合率が35%の場
合、最大タッピング率は90%に留まる)が、100 %のタ
ッピング率が必要になる場合は少ないので、実用上は支
障がない。
【0017】前記の実施例では、光タップ要素を構成す
る非対称形マッハツェンダ光干渉計回路の内の実効光路
長の短い方の主光導波路に薄膜ヒータを設けた。これ
は、熱光学位相シフタ(薄膜ヒータ)の作用により、マ
ッハツェンダ光干渉計回路の初期の非対称性を緩和し
て、タッピング率を増加させる方が、光タップ回路とし
ての波長依存性が少なくて望ましいことによる。
【0018】
【0019】また前記の実施例はタップ数=3の場合に
限定して説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、タップ数が8や16の大規模の光タップ回路の構
成にも適用できることはもち論である。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、マッ
ハツェンダ光干渉計回路の2個の方向性結合器間2分の
1波長程度の実効光路長差が設定されていることによ
り、光位相シフタがオフの状態では、信号光は主光導波
路に留まった状態でマッハツェンダ光干渉計回路を通過
し、タッピング率は0%となる。また必要に応じて光位
相シフタを駆動することにより、所望のタッピングを実
現できる。タッピングが不必要な場合には、維持電力が
不要であり、「使用時に金を払ってもらう」という課金
の観点からも理にかなっている。本発明の導波路型光タ
ップ回路は、光LAN等の光通信回線を構築したり、あ
るいはトランスバーサルフィルタ等の光信号処理回路を
構成する等の技術産業分野で重要性を増すと考えられ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a) は本発明の導波路型光タップ回路の第1実
施例の構成を示す平面図である。 (b) は図1(a) のA−A′における拡大断面図である。 (c) は図1(a) のB−B′における拡大断面図である。
【図2】本発明の導波路型光タップ回路における位相シ
フタ駆動電力とタッピング率との関係例を示す説明図で
ある。
【図3】従来のファイバ型光タップ回路構成例を示す図
である。
【図4】従来の導波路型光タップ回路構成例を示す図で
ある。
【符号の説明】
2 主光ファイバ 3a, 3b, 3c タップ用光ファイバ 4a, 4b, 4c ファイバ型方向性結合器 11 シリコン基板 12 主光導波路 13a, 13b, 13c タップ用光導波路 14a, 14b, 14c 対称形マッハツェンダ光干渉計回路構
成をもつ光タップ要素 15a, 16a, 15b, 16b, 15c, 16c 方向性結合器(50 %結
合) 17a, 17b, 17c 熱光学位相シフタとしての薄膜ヒータ 21 シリコン基板 22 主光導波路 23a, 23b, 23c タップ用光導波路 24a, 24b, 24c 非対称形マッハツェンダ光干渉計回路
構成をもつ光タップ要素 25a, 26a, 25b, 26b, 25c, 26c 方向性結合器(50 %結
合) 27a, 27b, 27c 熱光学位相シフタとしての薄膜ヒータ 31 クラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/01 G02B 6/12 JICSTファイル(JOIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、該基板上に配置され信号光を伝
    える主光導波路と、前記基板上に配置され前記信号光の
    一部を引き出すためのタップ用光導波路からなり、タッ
    プ用光導波路は主光導波路に2箇所で近接して2個の方
    向性結合器を構成し、該2個の方向性結合器の間の領域
    でタップ用光導波路が主光導波路より長くされ、これに
    より主光導波路とタップ用光導波路の実効光路長差が信
    号光波長の2分の1近傍に設定され、前記領域内の主光
    導波路に前記実効光路長差を調節し信号光引出し量を制
    御するための光位相シフタが設けられていることを特徴
    とする導波路型光タップ回路。
  2. 【請求項2】 前記主光導波路およびタップ用光導波路
    がガラス光導波路であり、前記光位相シフタが薄膜ヒー
    タから成る熱光学効果位相シフタであることを特徴とす
    る請求項1記載の導波路型光タップ回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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1991年電子情報通信学会春季全国大会講演論文集、分冊4、B−988
光学 第18巻第12号 p.681−686

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