JP3568814B2 - 可変光減衰器 - Google Patents
可変光減衰器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3568814B2 JP3568814B2 JP03984799A JP3984799A JP3568814B2 JP 3568814 B2 JP3568814 B2 JP 3568814B2 JP 03984799 A JP03984799 A JP 03984799A JP 3984799 A JP3984799 A JP 3984799A JP 3568814 B2 JP3568814 B2 JP 3568814B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- core
- optical
- waveguide
- heater
- refractive index
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信及び光信号処理システムにおける光信号強度の調節や光信号の遮断に用いられる可変光減衰器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光通信に於いては、伝送品質を確保するために信号光の強度を適正値に調節する可変光減衰器が不可欠である。さらに、近年、普及し始めた波長多重通信や並列多チャンネル通信に於いては、複数のチャンネルの信号光強度を同じとすることが求められ、1つのシステムに多数の可変光減衰器が使われる。このため、多チャンネルに対応できる小型の可変光減衰器が求められている。
【0003】
可変光減衰器としては、空間光学型と光導波路型の2種類がある。
【0004】
前者の空間光学型可変光減衰器は、光吸収率(OD)の異なる板状フィルターの切り替えや、面内でODが連続的に変化する板状フィルターの位置移動により、吸収量の可変を実現している。光ファイバを導波する通信光に適用する場合は、入力ファイバから出た光をレンズで平行光にした後、前述の可変ODフィルターを透過させ、さらにレンズを用いて出力ファイバに結合させる。この方式はレンズ系を用いるため、構造的に大きくなり、多チャンネルシステムには適さない。
【0005】
後者の光導波路型可変光減衰器は、小型であり、1つのチップ上に多数の可変光減衰器を集積できる特徴がある。この際、導波光制御の方法として、熱光学効果や電気光学効果を用いるものが提案されている。
【0006】
熱光学効果を利用するものは、熱光学光スイッチを低消光比状態に制御するもので、光スイッチの構成としてマッハツェンダー干渉計を用いるもの(例えば、T.Kawai,et.al.,Electron.Lett.,Vol.34,pp.264〜265,1998参照)、またはY分岐型デジタルスイッチを用いるもの(例えば、特開平10−20348号参照)がある。両者とも、光導波路部の構造として方向性結合器や分岐器等の複雑なものが必要とされ、特性の再現性の問題や光回路が長くなるといった欠点がある。
【0007】
また、電気光学効果を利用するものとして、曲線導波路外側のクラッドの屈折率を制御して導波光の閉じ込め強度を変化させ、曲線部外側へ放射する光量を調節するもの(例えば、特開平6−186513号参照)がある。電気光学効果を利用するものでは、特性の温度依存性が大きい、特定の偏光でしか動作できないといった欠点があり、さらに減衰量が小さいために曲線部を多段にする必要があり、その分、素子が大きくなり、最低減衰量もしくは挿入損失が大きくなる等の欠点がある。
【0008】
一方、光クロスコネクトシステム等に用いられる光スイッチには、近年、普及し始めた波長多重通信に対応するため、集積化及びクロストークをより小さくすることが求められている。光スイッチには、機械切り替え型と光導波路型の2種類がある。
【0009】
前者の機械切り替え型光スイッチは光ファイバ自身やミラー、プリズム等を動かして光路を切り替えるもので、可動部分があるため、集積化や信頼性確保が難しいといった欠点がある。
【0010】
後者の光導波路型光スイッチは集積化が容易であり、特に熱光学効果を使ったマッハツェンダー干渉計型やY分岐型デジタルスイッチ(例えば、吉田ら、NTT R&D,Vol.44,pp.547、または大庭ら、NTT R&D,Vol.47,pp.515,1998等参照)は低損失であるため、有望視されているが、クロストークを低くするために2段構成にしたり、分岐角を小さくする等の工夫が必要となり、このため素子が大きくなる欠点があった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の可変光減衰器は、原理的または構造的に素子が大きくなったり、特性の再現性、安定性が不十分であるという欠点を抱えていた。
【0012】
本発明の目的は、直線や曲線の単純な導波路とヒーターによる単純な構造で小型の可変光減衰器を実現することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の可変光減衰器では、放熱平面基板と、該放熱平面基板上に形成されたコア及びクラッドからなる光導波路と、該光導波路上に形成されるヒーターとで構成され、前記コア及びクラッドは、熱光学定数が負の高分子光導波路材料からなり、前記ヒーターと前記放熱平面基板との間に生ずる温度勾配によって、前記コアの屈折率が前記放熱平面基板近傍のクラッドの屈折率と同程度となり、かつ放熱平面基板側のコア直近のクラッドの屈折率よりは大きくなるような加熱電力を、前記ヒーターに与えることによって、前記放熱平面基板側のクラッドの一部に周囲より屈折率の高い熱誘起コア部を生じさせ、前記光導波路の前記コアの導波モードを前記熱誘起コア部の放射モードに光結合させることにより光導波路の前記コア中の導波光を減衰させることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の可変光減衰器の実施の形態の一例を示すもので、コア11及びクラッド12からなる光導波路13と、該光導波路13に接するヒーター14と、前記光導波路13に接する放熱基板15とにより構成されている。光導波路13は、通常のシングルモード条件を満たす範囲でコアサイズ及びコア−クラッド間の屈折率差を設定することができる。導波路コア11は、直線であっても基板に平行な面内で曲線を描いていても良い。
【0016】
図2の(a)は、図1の可変光減衰器におけるヒーターを加熱しない時の光導波路断面における導波光の電界分布21と、図1の(b)に示したコアの中心線16に沿った屈折率分布22とを示している。この時、光導波路13は通常のシングルモード導波路として働き、導波光は導波路固有の吸収や散乱によってのみ減衰する。
【0017】
ここで、ヒーター14を加熱すると、ヒーター14と基板15との間に温度勾配が生ずる。熱光学定数が負の材料を用いた場合、ヒーター14近くの屈折率が下がり、図2の(b)に示すように変化する。この際、符号17で示す領域の屈折率は、相対的にコア11の屈折率と同等もしくは大きくなっており、この領域は熱誘起コアとして働く。コア11と熱誘起コア17はクラッド12を挟んで近接するため、光結合を生じて方向性結合器として働く。図2の(b)には、加熱したヒーター14下を3mm導波後の光電界分布の計算値を示してある。
【0018】
熱誘起コア17は面状に広がっているため、この光電界分布は放射モードであり、コア11内の光強度は光の進行とともに減衰していく。適当な加熱温度を選ぶことで任意の光減衰量が得られ、可変光減衰器として働く。また、十分高温に加熱することで光遮断スイッチとして動作させることもできる。
【0019】
なお、熱光学定数が正の材料を用いた場合には、熱誘起コア17はヒーター側のクラッド内に誘起され、この場合も上記と同じ動作原理で可変光減衰器、光遮断スイッチとして働く。
【0020】
さらに、本発明では、領域17の一部または全部を光吸収性もしくは光散乱性の高い材料よりなる光減衰層とすることで減衰量が大きくなることを見いだした。この場合、非加熱時には光電場が光減衰層に掛からないので、最小減衰量は変化しない。このため、より短い素子または少ない加熱をもって、より大きい減衰量可変範囲が得られる。
【0021】
光減衰層の材料としては、信号光波長帯で十分な光吸収があり、屈折率が光導波路のクラッドもしくはコアに近いことが望ましい。通信波長帯については、カーボンブラックや酸化亜鉛微粒子を分散した材料が効果的である。また、高分子材料の薄膜を形成後に熱で部分分解して黒化しても、カーボンブラックを分散するのと同様の効果が得られる。
【0022】
図3は可変光減衰器の実施の形態の他の例を示すもので、ここでは同図の(a)に示すように、ヒーター14をコア11の中心線16に対しオフセット31を持たせて、光導波路コア11の斜め上方に配置した例を示す。この場合、ヒーター加熱により誘起する放射モードは、図3の(b)に示すようにコア11を挟んでヒーター14の逆側にも広がる。このために、コア11直上にヒーター14がある場合より大きい減衰量が得られる。光導波路のコア11が円弧を描く場合は、ヒーター加熱により誘起する放射モードは、図3の(b)と同様に円弧外周側に広がる。このため、コア11直上にヒーターがある場合より大きい減衰量が得られる。
【0023】
本発明の可変光減衰器は、光導波路の任意の部分に形成でき、構成要素が熱光学光スイッチと同じであるため、熱光学光スイッチの分岐出力に連続して形成することができる。
【0024】
図4は光スイッチの参考例、ここではY分岐デジタル熱光学スイッチの分岐コアに連続して放射型可変光減衰器を構成した例を示しており、放熱平面基板(図示せず)と、該放熱平面基板上に形成されたY分岐形状のコア41及びクラッド42からなる光導波路43と、該光導波路43の分岐部近傍に接するヒーター44a,44bとにより構成されている。
【0025】
Y分岐光スイッチの光路切り替えスイッチとしての動作は、原理的に2つの分岐コアが光結合できる程度に近接する領域45のみに限られている。領域46は可変光減衰器として動作し、Y分岐光スイッチの消光側出力コアを導波するクロストーク光を減衰させる。これにより、図4に示す光スイッチは高い消光比を実現している。
【0026】
アクリル系高分子または紫外線硬化エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂またはポリイミドに代表される高分子光導波路材料は、石英ガラスのような無機ガラス光導波路材料に比べて熱光学定数が約1桁大きい特徴がある。このため、本発明の可変光減衰器及び光スイッチに高分子材料を用いると、低い加熱温度もしくは小さい加熱電力で同等の効果が得られる。
【0027】
【実施例1】
屈折率1.489の重水素化シリコーン樹脂をコアに、屈折率1.485の重水素化シリコーン樹脂をクラッドに用いて、シリコン基板上に直線導波路を作製した。シリコーン樹脂光導波路の作成方法は、特願平9−361383号「熱光学デバイス」に準じた。コア断面サイズは8μm×8μm、下層クラッド厚、コア上の上部クラッド厚は、それぞれ18μm、16μmとした。導波路上に金薄膜をスパッター法で形成し、フォトリソグラフィー及びドライエッチング法を用いて長さ3mm、幅20μmでコアと平行のストリップ状の薄膜抵抗ヒーターを作製した。
【0028】
図3の(a)に示したヒーターオフセット量31の異なる試料を複数作製した。作製した直線導波路両端にシングルモードファイバを突き合わせ結合し、波長1.55μmのLED光源及び光パワーメータを接続して透過光の減衰量を測定した。
【0029】
図5に減衰量のヒーター加熱電力及びヒーターオフセット量依存を示す。この結果から、本試料が、0〜150mWの加熱電力で減衰量0.5〜20dBの可変光減衰器として動作することが確かめられた。
【0030】
【実施例2】
カーボンブラックを分散した紫外線硬化性エポキシ樹脂をシリコン基板上にスピンコートし、紫外線照射後に250℃でアニールして、膜厚約4μmの薄膜を得た。この薄膜は波長1.55μmにおいて0.2dB/μmの損失を持つため、光減衰層として働く。この光減衰層の上に実施例1と同じ要領で直線導波路、曲率半径30mmの曲線導波路及び薄膜ヒーターを形成した。但し、下層クラッド厚は14μm、ヒーターオフセット量は0μmとした。実施例1と同様に波長1.55μmにおいて透過光の減衰量を測定した。
【0031】
図6に減衰量のヒーター加熱電力依存を示す。図5に示した光減衰層が無い場合に比べて最大減衰量が大きいことが分かる。また、曲線導波路を用いると直線のものに比べて減衰量が増加している。本試料は可変光減衰器のみならず、光遮断スイッチとしても十分な消光比となることが確認された。
【0032】
【実施例3】
図4に示した構造の放射減衰型Y分岐光スイッチを、実施例1と同様の方法で作成した。ヒーター44a,44bの光路切り替え用領域45の長さは2.5mm、放射用領域46の長さは1mmとした。放射用領域46における2つの分岐コアは24μm以上離れている。比較用に放射用領域を持たない従来型の光スイッチも同様な方法で作成した。波長1.55μmのLD光源及び2つの光パワーメータをそれぞれ幹側、分岐側コアに接続してスイッチ特性を測定した。放射減衰型Y分岐光スイッチを120mWの印加電力で動作させた時の消光比は32dBであり、従来型の28dBより大きいことが確かめられた。
【0033】
【実施例4】
屈折率1.485のグラスレジンに平均粒径0.8μmの酸化亜鉛微粒子を分散した材料をシリコン基板上にスピンコートして、膜厚約4μmの薄膜を得た。この薄膜は波長1.55μmにおいて0.2dB/μmの損失を持つため、光減衰層として働く。この上に実施例3同様の放射減衰型Y分岐光スイッチを作成した。但し、下層クラッド層の厚さは12μmとした。波長1.55μmのLD光源及び2つの光パワーメータをそれぞれ幹側、分岐側コアに接続してスイッチ特性を測定した。放射減衰型Y分岐光スイッチを120mWの印加電力で動作させた時の消光比は38dBであった。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単純な構成で小型かつ可変減衰量の大きい可変光減衰器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の可変光減衰器の実施の形態の一例を示す構成図
【図2】図1の可変光減衰器におけるヒーターを加熱しない時及び加熱した時の導波光の電界分布と中心線に沿った屈折率分布を示す図
【図3】本発明の可変光減衰器の実施の形態の他の例を示す図
【図4】光スイッチの参考例を示す構成図
【図5】直線導波路による放射型可変光減衰器の特性図
【図6】光減衰層を持つ直線及び円弧導波路による放射型可変光減衰器の特性図
【符号の説明】
11,41:コア、12,42:クラッド、13,43:光導波路、14,44:ヒーター、15:基板、16:中心線、17:熱誘起コア部、21:電界等高線、22:屈折率、31:ヒーターオフセット量、45:光路切り替え領域、46:放射領域。
Claims (1)
- 放熱平面基板と、該放熱平面基板上に形成されたコア及びクラッドからなる光導波路と、該光導波路上に形成されるヒーターとで構成され、
前記コア及びクラッドは、熱光学定数が負の高分子光導波路材料からなり、
前記ヒーターと前記放熱平面基板との間に生ずる温度勾配によって、前記コアの屈折率が前記放熱平面基板近傍のクラッドの屈折率と同程度となり、かつ放熱平面基板側のコア直近のクラッドの屈折率よりは大きくなるような加熱電力を、前記ヒーターに与えることによって、前記放熱平面基板側のクラッドの一部に周囲より屈折率の高い熱誘起コア部を生じさせ、
前記光導波路の前記コアの導波モードを前記熱誘起コア部の放射モードに光結合させることにより光導波路の前記コア中の導波光を減衰させる
ことを特徴とする可変光減衰器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03984799A JP3568814B2 (ja) | 1999-02-18 | 1999-02-18 | 可変光減衰器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03984799A JP3568814B2 (ja) | 1999-02-18 | 1999-02-18 | 可変光減衰器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000241774A JP2000241774A (ja) | 2000-09-08 |
JP3568814B2 true JP3568814B2 (ja) | 2004-09-22 |
Family
ID=12564366
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03984799A Expired - Lifetime JP3568814B2 (ja) | 1999-02-18 | 1999-02-18 | 可変光減衰器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3568814B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6741775B2 (en) | 2000-02-04 | 2004-05-25 | Fujikura Ltd. | Optical switch |
AU2001281026A1 (en) * | 2000-08-02 | 2002-02-13 | Gemfire Corporation | Device and method for variable attenuation of an optical channel |
JP4588208B2 (ja) * | 2000-12-27 | 2010-11-24 | 株式会社フジクラ | 熱光学効果型光スイッチおよびそれを用いた波長多重化装置 |
KR100424606B1 (ko) * | 2001-09-10 | 2004-03-27 | 이두환 | 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기 |
US7043132B2 (en) | 2004-01-21 | 2006-05-09 | Fujitsu Limited | Variable optical attenuator having a waveguide and an optically coupled layer with a power monitor |
JP5691033B2 (ja) * | 2009-12-25 | 2015-04-01 | 学校法人慶應義塾 | 導波路型光ゲートスイッチ |
-
1999
- 1999-02-18 JP JP03984799A patent/JP3568814B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000241774A (ja) | 2000-09-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4146520B2 (ja) | 光集積回路 | |
US6535672B1 (en) | Active optical MMI waveguide device | |
US6377716B1 (en) | Optical intensity modulator and switch comprising the same | |
EP0905546A2 (en) | Stacked thermo-optic switch, switch matrix and add-drop multiplexer having the stacked thermo-optic switch | |
US20030108273A1 (en) | Anti-waveguide routing structure | |
US6321009B1 (en) | Cascade thermo-optical device | |
CA2539851A1 (en) | Optical functional waveguide, optical modulator, arrayed waveguide grating, and dispersion compensation circuit | |
EP1109049A1 (en) | Photothermal optical switch and variable attenuator | |
JP3294105B2 (ja) | シリカ光回路スイッチ及び方法 | |
JPH0627914B2 (ja) | 光学素子 | |
Park et al. | Polymeric variable optical attenuator based on long range surface plasmon polaritons | |
JP3568814B2 (ja) | 可変光減衰器 | |
US20030016937A1 (en) | Variable optic attenuator by waveguide bend loss | |
JP2932742B2 (ja) | 導波路型光デバイス | |
US6684013B2 (en) | Optical waveguide device to be optically poled, method of manufacturing optical waveguide device to be optically poled, and method of optically poling optical waveguide device | |
CA2130605A1 (en) | Polymeric thermo-optic device | |
CN100412616C (zh) | 基于y分支的热光数字光开关和非均匀加热的可变光学衰减器 | |
JPH10227930A (ja) | 温度無依存光導波路およびその製造方法 | |
Han et al. | Crosstalk‐Enhanced DOS Integrated with Modified Radiation‐Type Attenuators | |
Oh et al. | Integrated-optic focal-spot intensity modulator using electrooptic polymer waveguide | |
JPH06214274A (ja) | 導波路型光素子 | |
KR100237187B1 (ko) | 편광 독립 가변 광 감쇄기 | |
Wang et al. | Experimental assessment of an ultra-wide band (O to L) polymer thermo-optic switch matrix | |
JP3735685B2 (ja) | 集積型光導波路素子 | |
JPH06324367A (ja) | 光導波路素子およびその制御方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20031226 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040302 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040421 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040615 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040616 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090625 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090625 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100625 Year of fee payment: 6 |