JP3710426B2 - 光強度モニタ回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光強度モニタ回路に関し、より詳細には、挿入損失と受光強度の偏波依存性が小さい光強度モニタ回路を実現するための回路構成、及び光強度モニタ回路が複数個集積した多チャネルの光強度モニタ回路を構成する際に、漏れ光による光クロストーク劣化を低減し、かつ高密度に集積して回路小型化を図るための多チャネルの光強度モニタ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信トラフィックの急速な増加を背景に、大容量通信ネットワーク実現への要求がさらに高まってきており、各種大容量通信ネットワーク技術の研究開発が盛んに行われている。それらの中でも、特に、光ファイバ中に異なる波長の複数の光信号を多重化して伝送する波長分割多重（ＷＤＭ）方式では、光ファイバの低損失性や広帯域性を生かして、Ｔｂ／ｓ（Ｔ：テラ（＝１０１２））級の超大容量伝送システムが実現され報告されている（例えば、H.Suzuki,et al.,IEEE Photon.Technol.Lett.,vol.12,no.7,2000.）。
【０００３】
ＷＤＭ伝送システムで安定に伝送を行うためには、多重化する複数の光信号の光強度を均一にする必要がある。光強度が不均一な場合、光強度が弱い光信号を受信する際に、他の光強度が強い光信号からの光クロストーク成分が相対的に大きくなるため、ビット認識率が低下してしまうためである。
【０００４】
特に、ＷＤＭ伝送システムで一般的に用いられる希土類添加ファイバを使用した光ファイバ増幅器は、入力される光信号が不均一な場合にその不均一性が増幅される特徴を有しているため、更に光強度均一化が重要になる。光強度均一化を行うためには、光ファイバ中を伝搬するＷＤＭ信号の光強度分布をモニタする光強度モニタと、得られた光強度分布に対応して各ＷＤＭ信号に損失、または、増幅を与える光強度調整回路が必要となる。
【０００５】
本発明に係る光強度モニタとして、現在までに、光ファイバとＧＲＩＮレンズ、多層膜フィルタ、ＰＤ（フォトダーオード）を組み合わせたバルク型の光強度モニタや、平面光波回路で形成され、Ｙ分岐回路やマッハツェンダ干渉計などのタップ回路とＰＤを集積した平面光波回路型の光強度モニタなどが実現されている。
【０００６】
光強度モニタは、波長合分波器や可変光アッテネータ等の他の光部品と組み合わせて、ＷＤＭ光信号強度等化器や光増幅器のゲイン等化器などに用いられるため、平面光波回路型の光強度モニタは、既に実現されているアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）やＶＯＡ等の多彩な平面光波回路型光部品との一体集積が可能であり、回路小型化、量産化、高機能化などの観点から優れている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の平面光波回路型の光強度モニタでは、Ｙ分岐回路や方向性結合器やマッハツェンダ干渉計をタップ回路として用いていたため、導波路材料の材料特性の差、特に、熱膨張係数の差に起因して生じる応力が導波路部分にかかり、光分岐回路の分岐比が入射光の偏波状態によって変化してしまう問題点があった。
【０００８】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、従来の光強度モニタの概略構成を示す上面図である。図中符号１０５は搭載用溝、１０８はＰＤ（フォトダイオード）、１３１は入力端、１３２は出力端、１３３は光分岐回路、１３３ａは入力導波路、１３３ｂは第一の出力導波路、１３３ｃは第二の出力導波路を示している。
【０００９】
一般に、光ファイバ中の信号光は、温度や機械的負荷などの外因によって、その偏波状態が刻々と、かつ任意に変わるため、従来の光強度モニタでは光強度を高精度にモニタすることが困難であった。また、平面導波路型の光強度モニタは、同一基板上に複数個集積して多チャネル光強度モニタを構成する際、光ファイバを接続する入力端や光分岐回路部で生じた漏れ光が導波路材料内を伝搬して、他のチャネルのＰＤで受光される光クロストークが生じる。
【００１０】
光強度モニタでは、光強度を高精度にモニタするため、光分岐回路で分岐されＰＤで受光される光の光強度を、光クロストークとしてＰＤで受光される光の強度よりも十分に大きくする必要がある。従来の多チャネル光強度モニタでは、光クロストークの抑制が不十分であったため、光分岐回路でＰＤ側へ分岐する光強度を十分に小さくすることができず、その分、出射端側に分岐する光強度が小さくなり、挿入損失が大きくなるという問題があった。
【００１１】
また、平面導波路型の光強度モニタでは、入力端は多心光ファイバの標準規格である２５０μｍ間隔、若しくは、１２７μｍ間隔で配置されているのに対して、ＰＤが操作性確保のために通常３００〜５００μｍ角程度の大きさがあるため、ＰＤ部は５００μｍ以上の間隔で配置する必要があった。入力端の間隔からＰＤの間隔まで展開するための展開導波路部分の面積が大きくなり、回路小型化の制限要因となっていた。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、挿入損失や受光パワーの偏波依存性が小さい光強度モニタ回路、または光強度モニタを複数個同一基板上に集積して多チャネル光強度モニタ回路を構成する際に、ファイバ接続部や光分岐回路で生じ導波路材料中を伝搬する迷光の影響による光クロストークの劣化を抑制し、さらに、多数個集積した場合でも回路寸法が大きくならないようにした光強度モニタ回路を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上に、光を分岐する光分岐回路が形成され、該光分岐回路の入力導波路が回路端に接続されて入力端を成し、前記光分岐回路の第一の出力導波路が回路端に接続されて出力端を成し、第二の出力導波路が導波路材料を除去した搭載用溝の壁面に接続され、該搭載用溝内に前記第二の出力導波路と光結合するように受光素子が搭載されている光強度モニタ回路を少なくとも２つ以上具備する多チャネルの光強度モニタ回路であって、前記光分岐回路が、交差導波路の交差部分に形成されたフィルタ挿入用溝内にフィルタ手段が形成されたフィルタ手段付光分岐回路であり、該フィルタ手段により前記受光素子が接続される前記第二の出力導波路へ一部の光が分岐され、前記光分岐回路近傍の前記入力導波路と前記第二の出力導波路の両脇に第１の遮光溝が形成されているとともに、前記受光素子の近傍で、かつ前記第二の出力導波路部分を除く全ての方向に第２の遮光溝が形成され、前記各遮光溝内に光を遮断する光吸収材料が充填されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記受光素子がフィルタ手段に対して並行に、少なくとも２列以上に分かれて配置されていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記受光素子の接続される前記第二の出力導波路が、前記フィルタ手段に対して前記入力導波路と反対側に配置され、該入力導波路から入射し、前記フィルタ手段を透過した光が結合する導波路であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記受光素子の接続される前記第二の出力導波路が、前記フィルタ手段に対して前記入力導波路と同じ側に配置され、該入力導波路から入射し、前記フィルタ手段で反射された光が結合する導波路であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の発明において、前記基板の抵抗率が１Ωｃｍ以下であることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかに記載の発明において、前記導波路材料が石英を主成分とするガラス材料又は有機誘電体材料であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６いずれかに記載の発明において、前記受光素子がフォトダイオードであることを特徴とする。
【００２５】
このような構成により、本発明の光強度モニタ回路は、光分岐回路として、交差導波路の交差部分に形成された溝内にフィルタ手段が形成されたフィルタ手段付光分岐回路を使用しているため、例えば、Ｙ分岐回路や方向性結合器やマッハツェンダ干渉計などの他の光分岐回路を使用した場合に比べて、入力導波路から入射される光の偏波状態が変動した場合でも、第一の出力導波路と第二の出力導波路に分岐される光の光強度が変動しにくくなり、偏波状態が変動する入力光の光強度を高精度にモニタすることが可能であり、また、ＰＤが接続される第二の出力導波路へ分岐される光強度が、光分岐回路に入射する光の強度の１％から３０％の範囲であるため、入力端−出力端間の挿入損失が小さい光強度モニタを提供することができる。
【００２６】
また、本発明の光強度モニタ回路は、特に、ＰＤが接続される第二の出力導波路が、フィルタ手段に対して入力導波路と同じ側に配置され、入力導波路から入射し、フィルタ手段で反射された光が結合する導波路であるため、特に、作製時にフィルタ手段の挿入位置がずれても入力端−出力端間の損失増加が小さい特長を有し、挿入損失と受光感度の偏波依存性が小さく、かつ作製誤差による挿入損失の増加、ばらつきが小さい光強度モニタを提供することができる。
【００２７】
また、本発明の光強度モニタ回路は、特に、ＰＤが接続される第二の出力導波路が、フィルタ手段に対して入力導波路と反対側に配置され、入力導波路から入射し、フィルタ手段を透過した光が結合する導波路であり、特に、作製時にフィルタ手段の挿入位置がずれてもＰＤ側に分岐される光強度の変動が小さい特長を有し、かつ入力端と出力端が同じ側の回路端に、ＰＤが反対側の回路端近傍に配置されるため、光、電気のインターフェースを各１つずつ接続すれば良くモジュール化する際に部材数を減らし、寸法を小さくでき、挿入損失と受光感度の偏波依存性が小さく、かつ作製誤差による受光感度の低下、ばらつきが小さく、かつモジュールの小型化に適した光強度モニタを提供することができる。
【００２８】
また、本発明の多チャネルの光強度モニタ回路は、特に、少なくとも、光分岐回路近傍の入力導波路、及び、第二の出力導波路の両脇に溝が形成され、溝内に光を遮断する光吸収材料が充填されているため、光分岐回路において第二の出力導波路に結合せずに導波路材料内を伝搬する迷光が遮光溝で遮断されるため、他のチャネルからの光クロストークが抑制された多チャネル光強度モニタを提供することができる。
【００２９】
また、本発明の多チャネルの光強度モニタ回路は、特に、ＰＤの入力端側とＰＤの光分岐回路側で、かつ第二の出力導波路部分を除く領域に溝が形成され、溝内に光を遮断する光吸収材料が充填されているため、入力端や光分岐回路などで生じ、ＰＤに直進してくる迷光を遮光溝で遮断することができるため、特に他のチャネルからの光クロストークが抑制された多チャネル光強度モニタを提供することができる。
【００３０】
また、本発明の多チャネルの光強度モニタ回路は、特に、ＰＤの近傍で、かつ第二の出力導波路部分を除く全ての方向に溝が形成され、溝内に光を遮断する光吸収材料が充填されているため、入力端や光分岐回路で生じ直進してくる迷光だけでなく、隣接のＰＤや回路端などでの反射、散乱を経てＰＤの側面から入射してくる迷光も、遮光溝で遮断されるため、極めて他のチャネルからの光クロストークが抑制された多チャネル光強度モニタを提供することができる。
【００３１】
また、本発明の多チャネルの光強度モニタ回路は、特に、ＰＤが少なくとも２列以上に分かれて配置されているため、１列に配置した場合よりも、ＰＤ部の幅が狭くなって、入力端の間隔からＰＤ部の間隔まで展開するための展開導波路が占める面積を減らすことができるため、回路寸法を小さくすることができ、特に、小型で、かつ安価な多チャネル光強度モニタを提供することができる。
【００３２】
また、本発明の光強度モニタ回路又は多チャネルの光強度モニタ回路は、特に、基板の抵抗率が１Ωｃｍ以下であるため、基板中を伝搬する光に対する減衰率を大きくすることができ、基板中を伝搬してＰＤで受光される光を減衰することができるため、極めて光クロストークが抑制された光強度モニタ、及び、多チャネル光強度モニタを提供することができる。
【００３３】
また、本発明の光強度モニタ回路又は多チャネルの光強度モニタ回路は、特に、導波路材料が石英を主成分とするガラス材料、若しくは、有機誘電体材料であるため、低損失性、温度安定性に優れた光強度モニタ回路及び多チャネルの光強度モニタ回路を提供することができる。
【００３４】
つまり、光分岐回路として、導波路を交差させ、その交差部分に溝を形成し、溝内にフィルタ手段を挿入し、フィルタ手段付タップ回路を用いることで、挿入損失や受光パワーの偏波依存性が小さい光強度モニタ回路を提供することができる。また、本発明の光強度モニタ回路を複数個同一基板上に集積して多チャネルの光強度モニタ回路を構成する際に、ファイバ接続部や光分岐回路で生じ導波路材料中を伝搬する迷光の影響による光クロストークの劣化を抑制し、さらに、多数個集積した場合でも回路寸法が大きくならないようにすることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の参考例及び実施例について説明する。
なお、以下に説明する参考例及び実施例では、基板としてシリコンを用いたが、これに限定されるものではなく、光導波路を形成する際に変形しない材質からなるものであれば、石英基板など他の材質からなる基板を使用することができる。また、導波路材料として、石英を主成分とするガラス材料を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、他の無機誘電体材料や有機誘電体材料などのあらゆる材料を導波路材料として使用することができる。また、薄膜形成方法としては、火炎堆積法を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、スパッタ法やＣＶＤ法などの気相堆積法などの他の薄膜形成方法も使用することができる。
【００３６】
［参考例１］
図１は、本発明の第１の参考例に係る光強度モニタ回路を示す上面図で、図中符号５は搭載用溝、８はＰＤ（フォトダイオード）、９はフィルタ挿入用溝、１０は薄膜フィルタ、３１は入力端、３２は出力端、３３は光分岐回路、３３ａは入力導波路、３３ｂは第一の出力導波路、３３ｃは第二の出力導波路を示している。
【００３７】
本参考例は、本発明の光強度モニタ回路の構成法を用いて、１チャネル光強度モニタ回路を構成した一例である。本参考例では、シリコン基板１上に、交差した光導波路の交差点にフィルタ挿入用溝９を形成し、その内部に薄膜フィルタ１０が挿入された光分岐回路３３を形成し、光分岐回路３３の入力導波路３３ａには入力端３１が、第一の出力導波路３３ｂには出力端３２が接続されている。入力端３１と出力端３２は対向して配置されており、入力端３１から入射して、薄膜フィルタ１０を透過した光が出力端３２に出射する。
【００３８】
また、搭載用溝５の内部にはＰＤ８が第二の出力導波路３３ｃと光結合するように搭載されている。本参考例において、光導波路の構造は、下部クラッド２の膜厚が２０μｍ、上部クラッド４の膜厚が２０μｍであり、コア３は、比屈折率差（Δ）が０．５％、コア寸法が８μｍ×８μｍであり、最小曲げ半径は１０ｍｍである。また、シリコン基板１は抵抗率が１Ωｃｍのものを用いた。光分岐回路３３を構成する交差導波路の交差角は２０°とし、フィルタ挿入用溝９の溝幅は２０μｍ、薄膜フィルタ１０は、反射率５％、膜厚１８μｍとした。
【００３９】
ＰＤ８は、下面から１４μｍの位置に開口を有し、受光感度が１Ａ／Ｗであり、寸法は５００μｍ角のものを使用した。ＰＤ８とシリコン基板１の間には、膜厚５μｍの電気絶縁膜６と膜厚５μｍの電気配線７が形成され、シリコン基板１の表面から２４μｍの位置に開口を有する第二の出力導波路３３ｃとＰＤ８は光軸ずれなしに光結合する。
【００４０】
図２（ａ）〜（ｆ）は、本参考例の光強度モニタ回路の製造工程を示す図である。まず、シリコン基板１上に、下部クラッド２とコア３を形成する（図２（ａ））。次に、コア３をフォトリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）技術を用いて導波路形状に加工し、その上に、上部クラッド４を堆積して、埋め込み型導波路構造を形成する（図２（ｂ））。
【００４１】
次に、ＲＩＥ技術を用いて、ＰＤを搭載するための搭載用溝５を形成する（図２（ｃ））。搭載用溝５の底面に、電気絶縁膜６と金配線や金錫半田からなる電気配線７を形成する（図２（ｄ））。次に、光分岐回路を形成する交差導波路部にブレードを用いてフィルタ挿入用溝９を形成する（図２（ｅ））。最後に、搭載用溝５の内部にＰＤ８を搭載し、フィルタ挿入用溝９の内部に薄膜フィルタ１０を挿入する（図２（ｆ））。
【００４２】
作製した光強度モニタ回路の特性を評価した。測定方法は、入力端３１と出力端３２に１．３μｍ零分散のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）を接続し、波長１．５５μｍでの挿入損失（含む、ファイバ接続損失）と受光感度を測定した。なお、入射光は光強度０ｄＢとし、ＴＥ、ＴＭ偏波として入力端３１に入射した。測定の結果、挿入損失は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時でそれぞれ１．１６ｄＢ、１．１９ｄＢであり、偏波依存性は０．０３ｄＢであった。
【００４３】
また、受光感度は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時でそれぞれ０．０９０Ａ／Ｗ、０．０９３Ａ／Ｗであり、偏波依存性は０．１５ｄＢであった。比較のために、非対称Ｙ分岐回路とマッハツェンダ干渉計を光分岐回路として用いた光強度モニタ回路も作製して特性を評価したところ、挿入損失、受光感度の偏波依存性がそれぞれ約０．１５ｄＢ、約１．０ｄＢであった。
【００４４】
したがって、本参考例の光強度モニタ回路では、従来の光強度モニタと比較して、挿入損失と受光感度の偏波依存性が約１／５まで低減されていた。また、本構成の光強度モニタ回路を５０個作製して、挿入損失の安定性を評価したところ、最大値と最小値の差が０．１ｄＢであった。出力端３２に接続される第一の出力導波路３３ｂを、薄膜フィルタ１０に対して、入力導波路３３ａと同じ側に配置した場合には、挿入損失のばらつきは５０個の最大値と最小値の差が０．５ｄＢであった。
【００４５】
これは、入力導波路と薄膜フィルタを透過した光が光結合する出力導波路は、薄膜フィルタを形成する位置が作製誤差によりずれても軸ずれが生じないが、入力導波路と薄膜フィルタで反射された光が光結合する出力導波路は、薄膜フィルタを形成する位置が作製誤差によりずれると軸ずれが生じるためである。本参考例では、入力導波路３３ａから入射された光が薄膜フィルタ１０を透過して光結合される第一の出力導波路３３ｂが出力端３２に接続されているため、挿入損失の安定性が高い。
【００４６】
以上の結果から、本発明の参考例１は、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さく、かつ作製誤差による挿入損失の増加が小さい光強度モニタ回路を実現する上でその効果は大きい。
【００４７】
［参考例２］
図３は、本発明の第２の参考例に係る光強度モニタ回路を示す上面図である。本参考例も、参考例１と同様に、本発明の光強度モニタ回路の構成法を用いて、１チャネル光強度モニタ回路を構成した一例である。
【００４８】
本参考例では、フィルタ挿入用溝９の内部に反射率が９０％の薄膜フィルタ１０が挿入されている。入力端３１と出力端３２は同じ回路端に配置されており、入力端３１から入射して、薄膜フィルタ１０で反射された光が出力端３２に出射し、薄膜フィルタ１０を透過した光がＰＤ８で受光される。上記以外の構造、材質、及び製造方法は参考例１の光強度モニタ回路と同様にした。
【００４９】
作製した光強度モニタ回路の特性を評価した。測定方法、測定条件は、参考例１と同様である。測定の結果、挿入損失は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時でそれぞれ１．１９ｄＢ、１．１６ｄＢであり、偏波依存性は０．０３ｄＢであった。また、受光感度は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時でそれぞれ０．０９３Ａ／Ｗ、０．０９０Ａ／Ｗであり、偏波依存性は０．１５ｄＢであった。本参考例でも、参考例１と同様に、非対称Ｙ分岐回路とマッハツェンダ干渉計を光分岐回路として用いた光強度モニタ回路と比較して、挿入損失と受光感度の偏波依存性が約１／５まで低減されていることを確認した。
【００５０】
また、本構成の光強度モニタ回路を５０個作製して、受光感度の安定性を評価したところ、最大値と最小値の差が０．１ｄＢであった。ＰＤ８に接続される第二の出力導波路３３ｃを、薄膜フィルタ１０に対して、入力導波路３３ａと同じ側に配置した場合には、受光感度のばらつきは５０個の最大値と最小値の差で約０．５ｄＢであった。本参考例において、受光感度の安定性が高い理由は、参考例１と同様であり、ここでは、詳細な説明は省略する。本参考例では、入力導波路３３ａから入射された光が薄膜フィルタ１０を透過して光結合される第二の出力導波路３３ｃがＰＤ８に接続されているため、受光感度の安定性が高い。
【００５１】
以上の結果から、本発明の参考例２は、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さく、かつ作製誤差による受光感度の低下が小さい光強度モニタ回路を実現する上でその効果は大きい。
【００５２】
［参考例３］
図４は、本発明の第３の参考例に係る多チャネルの光強度モニタ回路を示す上面図で、図中符号１２は遮光溝で、その他、図３と同じ機能を有する構成については同一の符号を付してある。本参考例は、本発明の光強度モニタ回路の構成法を用いて、４チャネル光強度モニタ回路を形成した一例である。
【００５３】
本参考例では、参考例１と同様に、フィルタ挿入用溝９の内部に反射率が１０％の薄膜フィルタ１０が挿入されている。本参考例では、１枚の薄膜フィルタを挿入することで、４チャネル分の光分岐回路が構成されている。また、入力端３１と出力端３２は対向して配置されており、入力端３１から入射して、薄膜フィルタ１０を透過した光が出力端３２に出射し、薄膜フィルタ１０で反射された光がＰＤ８で受光される。
【００５４】
光分岐回路３３近傍の入力導波路３３ａ、第二の出力導波路３３ｃの両脇には、導波路材料をシリコン基板１の表面まで除去し、光吸収材料を充填した遮光溝１２が形成されている。光吸収材料は、炭素微粒子を樹脂中に混入したものを使用した。４つのＰＤ８は７００μｍ角の搭載用溝５の内部に搭載され、各々は９００μｍ間隔で配置されている。入力端３１は標準規格である２５０μｍ間隔で配置され、入力端３１とＰＤ８の間、及び、光分岐回路３３と出力端３２の間には、間隔を一致させるための展開導波路が形成されている。上述した以外の構造、材質等は、参考例１の光強度モニタ回路と同様とした。
【００５５】
図５（ａ）〜（ｇ）は、本参考例の多チャネル光強度モニタ回路の製造工程を示す図である。まず、シリコン基板１上に、下部クラッド２とコア３を形成する（図５（ａ））。次に、コア３をフォトリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）技術を用いて、導波路形状に加工して、その上に、上部クラッド４を堆積して、埋め込み型導波路構造を形成する（図５（ｂ））。次に、ＲＩＥを用いて、ＰＤを搭載するための搭載用溝５、と光吸収材料を充填するための光吸収材料充填用溝１１を形成する（図５（ｃ））。搭載用溝５と光吸収材料充填用溝１１の底面に、電気絶縁膜６を形成し、光吸収材料充填用溝１１の底面の電気絶縁膜６を除去する（図５（ｄ））。
【００５６】
次に、搭載用溝５の底面に金配線や金錫半田からなる電気配線７を形成する（図５（ｅ））。光分岐回路を形成する交差導波路部にブレードを用いてフィルタ挿入用溝９を形成する（図５（ｆ））。最後に、搭載用溝５の内部にＰＤ８を搭載し、フィルタ挿入用溝９の内部に薄膜フィルタ１０を挿入し、光吸収材料充填用溝１１の内部に光吸収材料を充填して遮光溝１２を形成する（図５（ｇ））。
【００５７】
作製した光強度モニタ回路の特性を評価した。測定方法は、入力端３１と出力端３２に４心の１．３μｍ零分散のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）を接続し、波長１．５５μｍでの挿入損失（含む、ファイバ接続損失）と受光感度を測定した。なお、入射光は光強度０ｄＢｍとし、ＴＥ、ＴＭ偏波として入力端３１に入射した。測定の結果、挿入損失は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時の４チャネル平均でそれぞれ１．１６ｄＢ、１．１９ｄＢであり、偏波依存性は４チャネル平均で０．０３ｄＢであった。
【００５８】
また、受光感度は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時の４チャネル平均でそれぞれ０．０９０Ａ／Ｗ、０．０９３Ａ／Ｗであり、偏波依存性は４チャネル平均で０．１５ｄＢであった。本参考例においても、非対称Ｙ分岐回路やマッハツェンダ干渉計を光分岐回路として用いた従来の光強度モニタ回路と比較して、挿入損失と受光感度の偏波依存性が約１／５まで低減されていることを確認した。また、多チャネル光強度モニタ回路で問題となる光クロストークを測定した。
【００５９】
ここで光クロストークは、チャネルｉの入力端に入射した時にチャネルｉのＰＤに流れるＰＤ電流と、他の３チャネルの入力端３１全てに同じ光強度の光を入射した時にチャネルｉのＰＤに流れるＰＤ電流の比率をデシベルで表したものである。測定結果を表１に示す。表１は、本発明の第３の参考例に係るチャネルの光強度モニタ回路の光クロストーク特性の評価結果を示している。
【００６０】
【表１】
【００６１】
ＣＨ１が一番上のチャネルである。
【００６２】
表１に示す通り、光クロストークは全てのチャネルで−１５ｄＢ程度であった。遮光溝１２を形成しない場合には、光クロストークは全てのチャネルで約−１０ｄＢであった。光分岐回路３３の薄膜フィルタ１０で反射された光のうち、第二の出力導波路３３ｃに結合されずに導波路材料中を伝搬する迷光が遮光溝１２で遮断され、５ｄＢの光クロストーク低減効果が得られた。
【００６３】
以上の結果から、本発明の参考例３は、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さく、かつ他の入力端から入射され、光分岐回路で光結合されずに導波路材料内に漏れた光がＰＤで受光されることによって生じる光クロストークが低減された多チャネルの光強度モニタ回路を実現する上でその効果は大きい。
【００６４】
［参考例４］
図６は、本発明の第４の参考例に係る多チャネルの光強度モニタ回路を示す上面図である。本参考例は、参考例３と同様に、多チャネルの光強度モニタ回路の構成法を用いて、４チャネル光強度モニタ回路を形成した一例である。
【００６５】
本参考例では、参考例３の述べた、光分岐回路３３近傍の入力導波路３３ａ、第二の出力導波路３３ｃの両脇の領域に加えて、各ＰＤ８の入力端側と、光分岐回路側のうち第二の出力導波路３３ｃが形成された部分を除く領域にも、導波路材料をシリコン基板１の表面まで除去し、光吸収材料を充填した遮光溝１２が形成されている。上述した以外の構成、材質等は、参考例３の多チャネルの光強度モニタ回路と同様とした。
【００６６】
また、参考例３に示した多チャネルの光強度モニタ回路と同様に、図５に示す製造方法で作製した。作製した４チャネル光強度モニタ回路の特性を評価した。測定方法、及び、測定条件は、参考例３に示した多チャネルの光強度モニタ回路と同様である。測定の結果、挿入損失は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時の４チャネル平均でそれぞれ１．１６ｄＢ、１．１９ｄＢであり、偏波依存性は４チャネル平均で０．０３ｄＢであった。
【００６７】
また、受光感度は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時の４チャネル平均でそれぞれ０．０９０Ａ／Ｗ、０．０９３Ａ／Ｗであり、偏波依存性は４チャネル平均で０．１５ｄＢであった。本参考例においても、非対称Ｙ分岐回路やマッハツェンダ干渉計を光分岐回路として用いた従来の光強度モニタ回路と比較して、挿入損失と受光感度の偏波依存性が約１／５まで低減されていることを確認した。また、参考例３の多チャネルの光強度モニタ回路と同様に、光クロストークを測定した。測定結果を表２に示す。表２は、本発明の第４の参考例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の光クロストーク特性の評価結果を示している。
【００６８】
【表２】
【００６９】
ＣＨ１が一番上のチャネルである。
【００７０】
表２に示す通り、光クロストークは全てのチャネルで−２５ｄＢ程度であった。参考例３に示すように、光分岐回路３３近傍の入力導波路３３ａと第二の出力導波路３３ｃの両脇にのみ形成した場合には、光クロストークは全てのチャネルで約−１５ｄＢであり、本参考例では、入力端３１で光ファイバと光結合しきれずに導波路材料中に漏れた光をＰＤ８の入力端３１側の遮光材１２で遮断し、光分岐回路３３の入力導波路３３ａと第二の出力導波路３３ｃの近傍を通り抜けてきた光をＰＤ８の光分岐回路３３側の遮光材１２で遮断したことによって、更に、１０ｄＢの光クロストーク低減効果が得られた。
【００７１】
以上の結果から、本発明の参考例４は、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さく、かつ光分岐回路で光結合されずに導波路材料内に漏れた光のみならず、入力端で光結合されずに導波路材料内に漏れた光と光分岐回路３３の入力導波路３３ａと第二の出力導波路３３ｃの近傍を通り抜けてきた光がＰＤで受光されることも防止され、更に光クロストークが低減された多チャネルの光強度モニタ回路を実現する上でその効果は絶大である。
【００７２】
［実施例１］
図７は、本発明の第１の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路を示す上面図である。本実施例は、参考例３と同様に、多チャネルの光強度モニタ回路の構成法を用いて、４チャネル光強度モニタ回路を構成した一例である。
【００７３】
本実施例では、光分岐回路３３近傍の入力導波路３３ａ、第二の出力導波路３３ｃの両脇に加えて、各ＰＤ８の近傍のうち、第二の出力導波路３３ｃが形成された領域を除く全ての方向に、導波路材料をシリコン基板１の表面まで除去し、光吸収材料を充填した遮光溝１２が形成されている。上記以外の構造、材質等は、参考例３の多チャネル光強度モニタ回路と同様とした。また、参考例３の多チャネル光強度モニタ回路と同様に、図５に示す製造方法で作製した。
【００７４】
作製した４チャネル光強度モニタ回路の特性を評価した。測定方法及び測定条件は、参考例３に示した多チャネルの光強度モニタ回路と同様である。測定の結果、挿入損失は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時の４チャネル平均でそれぞれ１．１６ｄＢ、１．１９ｄＢであり、偏波依存性は４チャネル平均で０．０３ｄＢであった。
【００７５】
また、受光感度は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時の４チャネル平均でそれぞれ０．０９０Ａ／Ｗ、０．０９３Ａ／Ｗであり、偏波依存性は４チャネル平均で０．１５ｄＢであった。本実施例においても、非対称Ｙ分岐回路やマッハツェンダ干渉計を光分岐回路として用いた従来の光強度モニタ回路と比較して、挿入損失と受光感度の偏波依存性が約１／５まで低減されていることを確認した。また、参考例３の多チャネル光強度モニタ回路と同様に、光クロストークを測定した。測定結果を表３に示す。表３は、本発明の第１の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の光クロストーク特性の評価結果を示している。
【００７６】
【表３】
【００７７】
ＣＨ１が一番上のチャネルである。
【００７８】
表３に示す通り、光クロストークは全てのチャネルで約−４０ｄＢであった。参考例４に示すように、光分岐回路３３近傍の入力導波路３３ａと第二の出力導波路３３ｃの両脇の領域、及び、各ＰＤ８の入力端側と光分岐回路側であって第二の出力導波路３３ｃが形成された部分を除く領域にのみ遮光溝を形成した場合には、光クロストークは全てのチャネルで約−２５ｄＢであり、本実施例では、入力端３１で光ファイバと光結合しきれずに導波路材料中に漏れた光であって、回路端や隣接するＰＤ部などで散乱してＰＤ８に入射する光も、ＰＤ８の側面に形成された遮光溝１２で遮断されて、更に、１５ｄＢの光クロストーク低減効果が確認された。
【００７９】
また、比較のために、シリコン基板１の抵抗率を０．１Ωｃｍまで低減した多チャネルの光強度モニタ回路も作製して光クロストークを測定したところ、全てのチャネルで約−５０ｄＢまで低減され、基板の抵抗率を低減することで、基板中を伝搬する迷光を減衰させ、光クロストークが低減できることを確認した。
【００８０】
以上の結果から、本発明は、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さく、かつ光分岐回路で光結合されずに導波路材料内に漏れた光と、入力端で光結合されずに導波路材料内に漏れた光と、光分岐回路３３の入力導波路３３ａと第二の出力導波路３３ｃの近傍を通り抜けてきた光でＰＤへ直進してくる光のみならず、回路端や隣接するＰＤなどで反射、散乱されてくる光も遮断された、極めて光クロストークが低減された多チャネルの光強度モニタ回路を実現する上でその効果は絶大である。
【００８１】
［実施例２］
図８は、本発明の第２の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路（その１）を示す上面図である。本実施例は、実施例１と同様に、多チャネルの光強度モニタ回路の構成法を用いて、８チャネル光強度モニタ回路を形成した一例である。
【００８２】
本実施例では、ＰＤ８が４つずつ２列に分けて配置されている。入力端３１、出力端３２は多心ファイバの標準規格である２５０μｍ間隔で配置され、ＰＤ８は９００μｍ間隔で配置されている。入力端３１とＰＤ８の間、光分岐回路３３と出力端３２の間には、導波路間隔をＰＤ８の間隔まで広げるための展開導波路が形成されている。上記以外の構造、材質等は実施例１の多チャネル光強度モニタ回路と同様である。
【００８３】
また、実施例１の多チャネル光強度モニタ回路と同様に、図５に示す製造方法で作製した。作製した８チャネル光強度モニタ回路の特性を、実施例１と同様の測定方法及び測定条件で評価した。回路の基本構成は実施例１と同様であり、特性も実施例１と同様であったため、詳細な説明は省略する。本実施例の８チャネル光強度モニタ回路の回路寸法は４ｍｍ×２４ｍｍで、面積は９６ｍｍ２であった。
【００８４】
図９は、本発明の第２の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路（その２）を示す上面図である。この図９に示すように、ＰＤ８を１列に配置した場合の回路寸法は７．５ｍｍ×２４ｍｍで、面積は１８０ｍｍ２であったが、これに対して、本発明の多チャネルの光強度モニタ回路においては、ＰＤ８を２列に分けて配置することで、回路寸法を約１／２に低減することができた。
【００８５】
以上の結果から、本発明は、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さく、かつ光クロストークが低減され、かつ小型で量産性に優れた多チャネルの光強度モニタ回路を実現する上でその効果は大きい。
【００８６】
［実施例３］
図１０は、本発明の第３の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路を示す上面図である。本実施例は、実施例２と同様に、多チャネルの光強度モニタ回路の構成法を用いて、８チャネル光強度モニタ回路を構成した一例である。
【００８７】
本実施例では、入力端３１と出力端３２が薄膜フィルタ１０に対して同じ側に配置され、ＰＤ８が薄膜フィルタ１０に対して、入力端３１と反対側に配置されている。ＰＤ８は、実施例２と同様に、４つずつ２列に分けて配置されている。入力端３１と出力端３２は、同じ側の回路端で交互に多心ファイバの標準規格である２５０μｍ間隔で配置されており、ＰＤ８は９００μｍ間隔で配置されている。入力端３１、出力端３２とＰＤ８の間には、導波路間隔をＰＤ８の間隔まで広げるための展開導波路が形成されている。上述した以外の構造、材質等は実施例２の多チャネル光強度モニタ回路と同様である。また、実施例２の多チャネルの光強度モニタ回路と同様に、図５に示す製造方法で作製した。
【００８８】
作製した８チャネル光強度モニタ回路の特性を、実施例１と同様の測定方法、及び測定条件で評価した。回路の基本構成は実施例１と同様あり、特性も実施例１と同様であったため、詳細な説明は省略する。本実施例の８チャネル光強度モニタ回路の回路寸法は４ｍｍ×１０ｍｍで、面積は４０ｍｍ２であった。入力端３１と出力端３２が同じ側の回路端に配置されているため、ＰＤ８の間隔に広げるための展開導波路が１つの領域で済み、また、入力端３１と出力端３２が広がって配置されているため、展開導波路が占める面積が小さくなったために回路寸法を小さくすることができた。
【００８９】
また、本実施例では、入力端３１と出力端３２が同じ側の回路端に配置され、ＰＤがその反対の回路端近傍に配置されているため、モジュール化の際に、光と電気のインターフェースを各１つずつ対向して配置することができ、回路の小型化に適した構成となっている。
【００９０】
以上の結果から、本発明は、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さく、かつ光クロストークが低減され、かつ特に小型で量産性に優れた多チャネルの光強度モニタ回路を実現する上でその効果は大きい。
【００９１】
なお、上述した実施例１〜３では、薄膜フィルタを溝に挿入した例について説明したが、フィルタ機能を有する手段であればよい。そこで、フィルタ機能を有するスパッタ膜、若しくは蒸着膜を溝の壁面に作製して検討したところ、上述した実施例１〜３と同様な効果を得ることができた。また、フィルタ手段の反射率は約３０％以下で良いが、好ましくは、おおよそ１〜３０％の範囲がよい。但し、ＰＤなどの素子感度がよければ、例えば、０．０１％程度の反射率でも良い。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板上に形成された１入力２出力の光分岐回路と、光分岐回路の入力導波路が回路端に接続された入力端と光分岐回路の第一の出力導波路が回路端に接続された出力端を具備し、更に、光分岐回路の第二の出力導波路と、導波路材料を除去した溝内に搭載されたＰＤが光結合するように接続された光強度モニタ回路を少なくとも２つ以上具備する多チャネルの光強度モニタ回路において、光分岐回路として、交差導波路の交差部分に溝を形成し、溝内に薄膜フィルタを挿入したフィルタ挿入型光分岐回路を用いているため、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さい光強度モニタ回路を提供することができる。
また、光分岐回路近傍やＰＤ部の近傍に導波路材料を除去して内部に光吸収材料を充填した遮光溝を形成することで、入力端や光分岐回路で生じ導波路材料中を伝搬してＰＤに入射する遮光を遮断して光クロストークを低減することができるため、入力光の光強度をより高精度にモニタでき、また、光分岐回路のＰＤ側に分岐する光の強度を小さくして、出力端側に分岐する光強度を大きくした低挿入損失の多チャネル光強度モニタ回路を提供することができる。
【００９３】
また、フィルタ挿入型光分岐回路を、入力導波路と第一の出力導波路が薄膜フィルタに対して反対側に配置するように構成することによって、作製誤差により薄膜フィルタの挿入位置がずれた場合の挿入損失の増加を小さく抑えることができ、挿入損失と受光感度の偏波依存性が小さく、挿入損失が小さい光強度モニタ回路を安定に提供することができる。あるいは、フィルタ挿入型光分岐回路を、入力導波路と第一の出力導波路が薄膜フィルタに対して同じ側に配置するように構成することによって、作製誤差により薄膜フィルタの挿入位置がずれた場合の受光感度の低下を小さく抑えることができ、挿入損失と受光感度の偏波依存性が小さく、受光感度の低下が小さい光強度モニタ回路を安定に提供することができる。
【００９５】
また、ＰＤを２列以上に配置することで、間隔の異なる入力端とＰＤ部を接続するために必要な展開導波路が占める面積を縮小することができるため、特に小型で、量産性に優れた光強度モニタ回路を提供することができる。
【００９６】
したがって、本発明は、挿入損失と受光強度の偏波依存性が小さく、かつ作製誤差による挿入損失や受光感度の劣化が小さい光強度モニタ回路、及び複数個の光強度モニタ回路が同一基板上に集積され、かつ光クロストークが抑制され、かつ小型で量産性に優れた多チャネルの光強度モニタ回路を実用化する上で極めて効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の参考例に係る光強度モニタ回路の概略構成を示す上面図である。
【図２】 本発明の第１の参考例及び第２の参考例に係る光強度モニタ回路の作製工程を示す図である。
【図３】 本発明の第２の参考例に係る光強度モニタ回路の概略構成を示す上面図である。
【図４】 本発明の第３の参考例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の概略構成を示す上面図である。
【図５】 本発明の第３の参考例から第３の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の作製工程を示す図である。
【図６】 本発明の第４の参考例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の概略構成を示す上面図である。
【図７】 本発明の第１の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の概略構成を示す上面図である。
【図８】 本発明の第２の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の概略構成（その１）を示す上面図である。
【図９】 本発明の第２の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の概略構成（その２）を示す上面図である。
【図１０】 本発明の第３の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の概略構成を示す上面図である。
【図１１】 （ａ）〜（ｃ）は、従来の光強度モニタ回路の概略構成を示す上面図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
２ 下部クラッド
３ コア
４ 上部クラッド
５，１０５ 搭載用溝
６ 電気絶縁膜
７ 電気配線
８，１０８ ＰＤ（フォトダイオード）
９ フィルタ挿入用溝
１０ 薄膜フィルタ
１１ 光吸収材料充填用溝
１２ 遮光溝
３１，１３１ 入力端
３２，１３２ 出力端
３３，１３３ 光分岐回路
３３ａ，１３３ａ 入力導波路
３３ｂ，１３３ｂ 第一の出力導波路
３３ｃ，１３３ｃ 第二の出力導波路
【発明の属する技術分野】
本発明は、光強度モニタ回路に関し、より詳細には、挿入損失と受光強度の偏波依存性が小さい光強度モニタ回路を実現するための回路構成、及び光強度モニタ回路が複数個集積した多チャネルの光強度モニタ回路を構成する際に、漏れ光による光クロストーク劣化を低減し、かつ高密度に集積して回路小型化を図るための多チャネルの光強度モニタ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信トラフィックの急速な増加を背景に、大容量通信ネットワーク実現への要求がさらに高まってきており、各種大容量通信ネットワーク技術の研究開発が盛んに行われている。それらの中でも、特に、光ファイバ中に異なる波長の複数の光信号を多重化して伝送する波長分割多重（ＷＤＭ）方式では、光ファイバの低損失性や広帯域性を生かして、Ｔｂ／ｓ（Ｔ：テラ（＝１０１２））級の超大容量伝送システムが実現され報告されている（例えば、H.Suzuki,et al.,IEEE Photon.Technol.Lett.,vol.12,no.7,2000.）。
【０００３】
ＷＤＭ伝送システムで安定に伝送を行うためには、多重化する複数の光信号の光強度を均一にする必要がある。光強度が不均一な場合、光強度が弱い光信号を受信する際に、他の光強度が強い光信号からの光クロストーク成分が相対的に大きくなるため、ビット認識率が低下してしまうためである。
【０００４】
特に、ＷＤＭ伝送システムで一般的に用いられる希土類添加ファイバを使用した光ファイバ増幅器は、入力される光信号が不均一な場合にその不均一性が増幅される特徴を有しているため、更に光強度均一化が重要になる。光強度均一化を行うためには、光ファイバ中を伝搬するＷＤＭ信号の光強度分布をモニタする光強度モニタと、得られた光強度分布に対応して各ＷＤＭ信号に損失、または、増幅を与える光強度調整回路が必要となる。
【０００５】
本発明に係る光強度モニタとして、現在までに、光ファイバとＧＲＩＮレンズ、多層膜フィルタ、ＰＤ（フォトダーオード）を組み合わせたバルク型の光強度モニタや、平面光波回路で形成され、Ｙ分岐回路やマッハツェンダ干渉計などのタップ回路とＰＤを集積した平面光波回路型の光強度モニタなどが実現されている。
【０００６】
光強度モニタは、波長合分波器や可変光アッテネータ等の他の光部品と組み合わせて、ＷＤＭ光信号強度等化器や光増幅器のゲイン等化器などに用いられるため、平面光波回路型の光強度モニタは、既に実現されているアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）やＶＯＡ等の多彩な平面光波回路型光部品との一体集積が可能であり、回路小型化、量産化、高機能化などの観点から優れている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の平面光波回路型の光強度モニタでは、Ｙ分岐回路や方向性結合器やマッハツェンダ干渉計をタップ回路として用いていたため、導波路材料の材料特性の差、特に、熱膨張係数の差に起因して生じる応力が導波路部分にかかり、光分岐回路の分岐比が入射光の偏波状態によって変化してしまう問題点があった。
【０００８】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、従来の光強度モニタの概略構成を示す上面図である。図中符号１０５は搭載用溝、１０８はＰＤ（フォトダイオード）、１３１は入力端、１３２は出力端、１３３は光分岐回路、１３３ａは入力導波路、１３３ｂは第一の出力導波路、１３３ｃは第二の出力導波路を示している。
【０００９】
一般に、光ファイバ中の信号光は、温度や機械的負荷などの外因によって、その偏波状態が刻々と、かつ任意に変わるため、従来の光強度モニタでは光強度を高精度にモニタすることが困難であった。また、平面導波路型の光強度モニタは、同一基板上に複数個集積して多チャネル光強度モニタを構成する際、光ファイバを接続する入力端や光分岐回路部で生じた漏れ光が導波路材料内を伝搬して、他のチャネルのＰＤで受光される光クロストークが生じる。
【００１０】
光強度モニタでは、光強度を高精度にモニタするため、光分岐回路で分岐されＰＤで受光される光の光強度を、光クロストークとしてＰＤで受光される光の強度よりも十分に大きくする必要がある。従来の多チャネル光強度モニタでは、光クロストークの抑制が不十分であったため、光分岐回路でＰＤ側へ分岐する光強度を十分に小さくすることができず、その分、出射端側に分岐する光強度が小さくなり、挿入損失が大きくなるという問題があった。
【００１１】
また、平面導波路型の光強度モニタでは、入力端は多心光ファイバの標準規格である２５０μｍ間隔、若しくは、１２７μｍ間隔で配置されているのに対して、ＰＤが操作性確保のために通常３００〜５００μｍ角程度の大きさがあるため、ＰＤ部は５００μｍ以上の間隔で配置する必要があった。入力端の間隔からＰＤの間隔まで展開するための展開導波路部分の面積が大きくなり、回路小型化の制限要因となっていた。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、挿入損失や受光パワーの偏波依存性が小さい光強度モニタ回路、または光強度モニタを複数個同一基板上に集積して多チャネル光強度モニタ回路を構成する際に、ファイバ接続部や光分岐回路で生じ導波路材料中を伝搬する迷光の影響による光クロストークの劣化を抑制し、さらに、多数個集積した場合でも回路寸法が大きくならないようにした光強度モニタ回路を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上に、光を分岐する光分岐回路が形成され、該光分岐回路の入力導波路が回路端に接続されて入力端を成し、前記光分岐回路の第一の出力導波路が回路端に接続されて出力端を成し、第二の出力導波路が導波路材料を除去した搭載用溝の壁面に接続され、該搭載用溝内に前記第二の出力導波路と光結合するように受光素子が搭載されている光強度モニタ回路を少なくとも２つ以上具備する多チャネルの光強度モニタ回路であって、前記光分岐回路が、交差導波路の交差部分に形成されたフィルタ挿入用溝内にフィルタ手段が形成されたフィルタ手段付光分岐回路であり、該フィルタ手段により前記受光素子が接続される前記第二の出力導波路へ一部の光が分岐され、前記光分岐回路近傍の前記入力導波路と前記第二の出力導波路の両脇に第１の遮光溝が形成されているとともに、前記受光素子の近傍で、かつ前記第二の出力導波路部分を除く全ての方向に第２の遮光溝が形成され、前記各遮光溝内に光を遮断する光吸収材料が充填されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記受光素子がフィルタ手段に対して並行に、少なくとも２列以上に分かれて配置されていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記受光素子の接続される前記第二の出力導波路が、前記フィルタ手段に対して前記入力導波路と反対側に配置され、該入力導波路から入射し、前記フィルタ手段を透過した光が結合する導波路であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記受光素子の接続される前記第二の出力導波路が、前記フィルタ手段に対して前記入力導波路と同じ側に配置され、該入力導波路から入射し、前記フィルタ手段で反射された光が結合する導波路であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の発明において、前記基板の抵抗率が１Ωｃｍ以下であることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかに記載の発明において、前記導波路材料が石英を主成分とするガラス材料又は有機誘電体材料であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６いずれかに記載の発明において、前記受光素子がフォトダイオードであることを特徴とする。
【００２５】
このような構成により、本発明の光強度モニタ回路は、光分岐回路として、交差導波路の交差部分に形成された溝内にフィルタ手段が形成されたフィルタ手段付光分岐回路を使用しているため、例えば、Ｙ分岐回路や方向性結合器やマッハツェンダ干渉計などの他の光分岐回路を使用した場合に比べて、入力導波路から入射される光の偏波状態が変動した場合でも、第一の出力導波路と第二の出力導波路に分岐される光の光強度が変動しにくくなり、偏波状態が変動する入力光の光強度を高精度にモニタすることが可能であり、また、ＰＤが接続される第二の出力導波路へ分岐される光強度が、光分岐回路に入射する光の強度の１％から３０％の範囲であるため、入力端−出力端間の挿入損失が小さい光強度モニタを提供することができる。
【００２６】
また、本発明の光強度モニタ回路は、特に、ＰＤが接続される第二の出力導波路が、フィルタ手段に対して入力導波路と同じ側に配置され、入力導波路から入射し、フィルタ手段で反射された光が結合する導波路であるため、特に、作製時にフィルタ手段の挿入位置がずれても入力端−出力端間の損失増加が小さい特長を有し、挿入損失と受光感度の偏波依存性が小さく、かつ作製誤差による挿入損失の増加、ばらつきが小さい光強度モニタを提供することができる。
【００２７】
また、本発明の光強度モニタ回路は、特に、ＰＤが接続される第二の出力導波路が、フィルタ手段に対して入力導波路と反対側に配置され、入力導波路から入射し、フィルタ手段を透過した光が結合する導波路であり、特に、作製時にフィルタ手段の挿入位置がずれてもＰＤ側に分岐される光強度の変動が小さい特長を有し、かつ入力端と出力端が同じ側の回路端に、ＰＤが反対側の回路端近傍に配置されるため、光、電気のインターフェースを各１つずつ接続すれば良くモジュール化する際に部材数を減らし、寸法を小さくでき、挿入損失と受光感度の偏波依存性が小さく、かつ作製誤差による受光感度の低下、ばらつきが小さく、かつモジュールの小型化に適した光強度モニタを提供することができる。
【００２８】
また、本発明の多チャネルの光強度モニタ回路は、特に、少なくとも、光分岐回路近傍の入力導波路、及び、第二の出力導波路の両脇に溝が形成され、溝内に光を遮断する光吸収材料が充填されているため、光分岐回路において第二の出力導波路に結合せずに導波路材料内を伝搬する迷光が遮光溝で遮断されるため、他のチャネルからの光クロストークが抑制された多チャネル光強度モニタを提供することができる。
【００２９】
また、本発明の多チャネルの光強度モニタ回路は、特に、ＰＤの入力端側とＰＤの光分岐回路側で、かつ第二の出力導波路部分を除く領域に溝が形成され、溝内に光を遮断する光吸収材料が充填されているため、入力端や光分岐回路などで生じ、ＰＤに直進してくる迷光を遮光溝で遮断することができるため、特に他のチャネルからの光クロストークが抑制された多チャネル光強度モニタを提供することができる。
【００３０】
また、本発明の多チャネルの光強度モニタ回路は、特に、ＰＤの近傍で、かつ第二の出力導波路部分を除く全ての方向に溝が形成され、溝内に光を遮断する光吸収材料が充填されているため、入力端や光分岐回路で生じ直進してくる迷光だけでなく、隣接のＰＤや回路端などでの反射、散乱を経てＰＤの側面から入射してくる迷光も、遮光溝で遮断されるため、極めて他のチャネルからの光クロストークが抑制された多チャネル光強度モニタを提供することができる。
【００３１】
また、本発明の多チャネルの光強度モニタ回路は、特に、ＰＤが少なくとも２列以上に分かれて配置されているため、１列に配置した場合よりも、ＰＤ部の幅が狭くなって、入力端の間隔からＰＤ部の間隔まで展開するための展開導波路が占める面積を減らすことができるため、回路寸法を小さくすることができ、特に、小型で、かつ安価な多チャネル光強度モニタを提供することができる。
【００３２】
また、本発明の光強度モニタ回路又は多チャネルの光強度モニタ回路は、特に、基板の抵抗率が１Ωｃｍ以下であるため、基板中を伝搬する光に対する減衰率を大きくすることができ、基板中を伝搬してＰＤで受光される光を減衰することができるため、極めて光クロストークが抑制された光強度モニタ、及び、多チャネル光強度モニタを提供することができる。
【００３３】
また、本発明の光強度モニタ回路又は多チャネルの光強度モニタ回路は、特に、導波路材料が石英を主成分とするガラス材料、若しくは、有機誘電体材料であるため、低損失性、温度安定性に優れた光強度モニタ回路及び多チャネルの光強度モニタ回路を提供することができる。
【００３４】
つまり、光分岐回路として、導波路を交差させ、その交差部分に溝を形成し、溝内にフィルタ手段を挿入し、フィルタ手段付タップ回路を用いることで、挿入損失や受光パワーの偏波依存性が小さい光強度モニタ回路を提供することができる。また、本発明の光強度モニタ回路を複数個同一基板上に集積して多チャネルの光強度モニタ回路を構成する際に、ファイバ接続部や光分岐回路で生じ導波路材料中を伝搬する迷光の影響による光クロストークの劣化を抑制し、さらに、多数個集積した場合でも回路寸法が大きくならないようにすることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の参考例及び実施例について説明する。
なお、以下に説明する参考例及び実施例では、基板としてシリコンを用いたが、これに限定されるものではなく、光導波路を形成する際に変形しない材質からなるものであれば、石英基板など他の材質からなる基板を使用することができる。また、導波路材料として、石英を主成分とするガラス材料を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、他の無機誘電体材料や有機誘電体材料などのあらゆる材料を導波路材料として使用することができる。また、薄膜形成方法としては、火炎堆積法を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、スパッタ法やＣＶＤ法などの気相堆積法などの他の薄膜形成方法も使用することができる。
【００３６】
［参考例１］
図１は、本発明の第１の参考例に係る光強度モニタ回路を示す上面図で、図中符号５は搭載用溝、８はＰＤ（フォトダイオード）、９はフィルタ挿入用溝、１０は薄膜フィルタ、３１は入力端、３２は出力端、３３は光分岐回路、３３ａは入力導波路、３３ｂは第一の出力導波路、３３ｃは第二の出力導波路を示している。
【００３７】
本参考例は、本発明の光強度モニタ回路の構成法を用いて、１チャネル光強度モニタ回路を構成した一例である。本参考例では、シリコン基板１上に、交差した光導波路の交差点にフィルタ挿入用溝９を形成し、その内部に薄膜フィルタ１０が挿入された光分岐回路３３を形成し、光分岐回路３３の入力導波路３３ａには入力端３１が、第一の出力導波路３３ｂには出力端３２が接続されている。入力端３１と出力端３２は対向して配置されており、入力端３１から入射して、薄膜フィルタ１０を透過した光が出力端３２に出射する。
【００３８】
また、搭載用溝５の内部にはＰＤ８が第二の出力導波路３３ｃと光結合するように搭載されている。本参考例において、光導波路の構造は、下部クラッド２の膜厚が２０μｍ、上部クラッド４の膜厚が２０μｍであり、コア３は、比屈折率差（Δ）が０．５％、コア寸法が８μｍ×８μｍであり、最小曲げ半径は１０ｍｍである。また、シリコン基板１は抵抗率が１Ωｃｍのものを用いた。光分岐回路３３を構成する交差導波路の交差角は２０°とし、フィルタ挿入用溝９の溝幅は２０μｍ、薄膜フィルタ１０は、反射率５％、膜厚１８μｍとした。
【００３９】
ＰＤ８は、下面から１４μｍの位置に開口を有し、受光感度が１Ａ／Ｗであり、寸法は５００μｍ角のものを使用した。ＰＤ８とシリコン基板１の間には、膜厚５μｍの電気絶縁膜６と膜厚５μｍの電気配線７が形成され、シリコン基板１の表面から２４μｍの位置に開口を有する第二の出力導波路３３ｃとＰＤ８は光軸ずれなしに光結合する。
【００４０】
図２（ａ）〜（ｆ）は、本参考例の光強度モニタ回路の製造工程を示す図である。まず、シリコン基板１上に、下部クラッド２とコア３を形成する（図２（ａ））。次に、コア３をフォトリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）技術を用いて導波路形状に加工し、その上に、上部クラッド４を堆積して、埋め込み型導波路構造を形成する（図２（ｂ））。
【００４１】
次に、ＲＩＥ技術を用いて、ＰＤを搭載するための搭載用溝５を形成する（図２（ｃ））。搭載用溝５の底面に、電気絶縁膜６と金配線や金錫半田からなる電気配線７を形成する（図２（ｄ））。次に、光分岐回路を形成する交差導波路部にブレードを用いてフィルタ挿入用溝９を形成する（図２（ｅ））。最後に、搭載用溝５の内部にＰＤ８を搭載し、フィルタ挿入用溝９の内部に薄膜フィルタ１０を挿入する（図２（ｆ））。
【００４２】
作製した光強度モニタ回路の特性を評価した。測定方法は、入力端３１と出力端３２に１．３μｍ零分散のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）を接続し、波長１．５５μｍでの挿入損失（含む、ファイバ接続損失）と受光感度を測定した。なお、入射光は光強度０ｄＢとし、ＴＥ、ＴＭ偏波として入力端３１に入射した。測定の結果、挿入損失は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時でそれぞれ１．１６ｄＢ、１．１９ｄＢであり、偏波依存性は０．０３ｄＢであった。
【００４３】
また、受光感度は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時でそれぞれ０．０９０Ａ／Ｗ、０．０９３Ａ／Ｗであり、偏波依存性は０．１５ｄＢであった。比較のために、非対称Ｙ分岐回路とマッハツェンダ干渉計を光分岐回路として用いた光強度モニタ回路も作製して特性を評価したところ、挿入損失、受光感度の偏波依存性がそれぞれ約０．１５ｄＢ、約１．０ｄＢであった。
【００４４】
したがって、本参考例の光強度モニタ回路では、従来の光強度モニタと比較して、挿入損失と受光感度の偏波依存性が約１／５まで低減されていた。また、本構成の光強度モニタ回路を５０個作製して、挿入損失の安定性を評価したところ、最大値と最小値の差が０．１ｄＢであった。出力端３２に接続される第一の出力導波路３３ｂを、薄膜フィルタ１０に対して、入力導波路３３ａと同じ側に配置した場合には、挿入損失のばらつきは５０個の最大値と最小値の差が０．５ｄＢであった。
【００４５】
これは、入力導波路と薄膜フィルタを透過した光が光結合する出力導波路は、薄膜フィルタを形成する位置が作製誤差によりずれても軸ずれが生じないが、入力導波路と薄膜フィルタで反射された光が光結合する出力導波路は、薄膜フィルタを形成する位置が作製誤差によりずれると軸ずれが生じるためである。本参考例では、入力導波路３３ａから入射された光が薄膜フィルタ１０を透過して光結合される第一の出力導波路３３ｂが出力端３２に接続されているため、挿入損失の安定性が高い。
【００４６】
以上の結果から、本発明の参考例１は、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さく、かつ作製誤差による挿入損失の増加が小さい光強度モニタ回路を実現する上でその効果は大きい。
【００４７】
［参考例２］
図３は、本発明の第２の参考例に係る光強度モニタ回路を示す上面図である。本参考例も、参考例１と同様に、本発明の光強度モニタ回路の構成法を用いて、１チャネル光強度モニタ回路を構成した一例である。
【００４８】
本参考例では、フィルタ挿入用溝９の内部に反射率が９０％の薄膜フィルタ１０が挿入されている。入力端３１と出力端３２は同じ回路端に配置されており、入力端３１から入射して、薄膜フィルタ１０で反射された光が出力端３２に出射し、薄膜フィルタ１０を透過した光がＰＤ８で受光される。上記以外の構造、材質、及び製造方法は参考例１の光強度モニタ回路と同様にした。
【００４９】
作製した光強度モニタ回路の特性を評価した。測定方法、測定条件は、参考例１と同様である。測定の結果、挿入損失は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時でそれぞれ１．１９ｄＢ、１．１６ｄＢであり、偏波依存性は０．０３ｄＢであった。また、受光感度は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時でそれぞれ０．０９３Ａ／Ｗ、０．０９０Ａ／Ｗであり、偏波依存性は０．１５ｄＢであった。本参考例でも、参考例１と同様に、非対称Ｙ分岐回路とマッハツェンダ干渉計を光分岐回路として用いた光強度モニタ回路と比較して、挿入損失と受光感度の偏波依存性が約１／５まで低減されていることを確認した。
【００５０】
また、本構成の光強度モニタ回路を５０個作製して、受光感度の安定性を評価したところ、最大値と最小値の差が０．１ｄＢであった。ＰＤ８に接続される第二の出力導波路３３ｃを、薄膜フィルタ１０に対して、入力導波路３３ａと同じ側に配置した場合には、受光感度のばらつきは５０個の最大値と最小値の差で約０．５ｄＢであった。本参考例において、受光感度の安定性が高い理由は、参考例１と同様であり、ここでは、詳細な説明は省略する。本参考例では、入力導波路３３ａから入射された光が薄膜フィルタ１０を透過して光結合される第二の出力導波路３３ｃがＰＤ８に接続されているため、受光感度の安定性が高い。
【００５１】
以上の結果から、本発明の参考例２は、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さく、かつ作製誤差による受光感度の低下が小さい光強度モニタ回路を実現する上でその効果は大きい。
【００５２】
［参考例３］
図４は、本発明の第３の参考例に係る多チャネルの光強度モニタ回路を示す上面図で、図中符号１２は遮光溝で、その他、図３と同じ機能を有する構成については同一の符号を付してある。本参考例は、本発明の光強度モニタ回路の構成法を用いて、４チャネル光強度モニタ回路を形成した一例である。
【００５３】
本参考例では、参考例１と同様に、フィルタ挿入用溝９の内部に反射率が１０％の薄膜フィルタ１０が挿入されている。本参考例では、１枚の薄膜フィルタを挿入することで、４チャネル分の光分岐回路が構成されている。また、入力端３１と出力端３２は対向して配置されており、入力端３１から入射して、薄膜フィルタ１０を透過した光が出力端３２に出射し、薄膜フィルタ１０で反射された光がＰＤ８で受光される。
【００５４】
光分岐回路３３近傍の入力導波路３３ａ、第二の出力導波路３３ｃの両脇には、導波路材料をシリコン基板１の表面まで除去し、光吸収材料を充填した遮光溝１２が形成されている。光吸収材料は、炭素微粒子を樹脂中に混入したものを使用した。４つのＰＤ８は７００μｍ角の搭載用溝５の内部に搭載され、各々は９００μｍ間隔で配置されている。入力端３１は標準規格である２５０μｍ間隔で配置され、入力端３１とＰＤ８の間、及び、光分岐回路３３と出力端３２の間には、間隔を一致させるための展開導波路が形成されている。上述した以外の構造、材質等は、参考例１の光強度モニタ回路と同様とした。
【００５５】
図５（ａ）〜（ｇ）は、本参考例の多チャネル光強度モニタ回路の製造工程を示す図である。まず、シリコン基板１上に、下部クラッド２とコア３を形成する（図５（ａ））。次に、コア３をフォトリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）技術を用いて、導波路形状に加工して、その上に、上部クラッド４を堆積して、埋め込み型導波路構造を形成する（図５（ｂ））。次に、ＲＩＥを用いて、ＰＤを搭載するための搭載用溝５、と光吸収材料を充填するための光吸収材料充填用溝１１を形成する（図５（ｃ））。搭載用溝５と光吸収材料充填用溝１１の底面に、電気絶縁膜６を形成し、光吸収材料充填用溝１１の底面の電気絶縁膜６を除去する（図５（ｄ））。
【００５６】
次に、搭載用溝５の底面に金配線や金錫半田からなる電気配線７を形成する（図５（ｅ））。光分岐回路を形成する交差導波路部にブレードを用いてフィルタ挿入用溝９を形成する（図５（ｆ））。最後に、搭載用溝５の内部にＰＤ８を搭載し、フィルタ挿入用溝９の内部に薄膜フィルタ１０を挿入し、光吸収材料充填用溝１１の内部に光吸収材料を充填して遮光溝１２を形成する（図５（ｇ））。
【００５７】
作製した光強度モニタ回路の特性を評価した。測定方法は、入力端３１と出力端３２に４心の１．３μｍ零分散のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）を接続し、波長１．５５μｍでの挿入損失（含む、ファイバ接続損失）と受光感度を測定した。なお、入射光は光強度０ｄＢｍとし、ＴＥ、ＴＭ偏波として入力端３１に入射した。測定の結果、挿入損失は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時の４チャネル平均でそれぞれ１．１６ｄＢ、１．１９ｄＢであり、偏波依存性は４チャネル平均で０．０３ｄＢであった。
【００５８】
また、受光感度は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時の４チャネル平均でそれぞれ０．０９０Ａ／Ｗ、０．０９３Ａ／Ｗであり、偏波依存性は４チャネル平均で０．１５ｄＢであった。本参考例においても、非対称Ｙ分岐回路やマッハツェンダ干渉計を光分岐回路として用いた従来の光強度モニタ回路と比較して、挿入損失と受光感度の偏波依存性が約１／５まで低減されていることを確認した。また、多チャネル光強度モニタ回路で問題となる光クロストークを測定した。
【００５９】
ここで光クロストークは、チャネルｉの入力端に入射した時にチャネルｉのＰＤに流れるＰＤ電流と、他の３チャネルの入力端３１全てに同じ光強度の光を入射した時にチャネルｉのＰＤに流れるＰＤ電流の比率をデシベルで表したものである。測定結果を表１に示す。表１は、本発明の第３の参考例に係るチャネルの光強度モニタ回路の光クロストーク特性の評価結果を示している。
【００６０】
【表１】
ＣＨ１が一番上のチャネルである。
【００６２】
表１に示す通り、光クロストークは全てのチャネルで−１５ｄＢ程度であった。遮光溝１２を形成しない場合には、光クロストークは全てのチャネルで約−１０ｄＢであった。光分岐回路３３の薄膜フィルタ１０で反射された光のうち、第二の出力導波路３３ｃに結合されずに導波路材料中を伝搬する迷光が遮光溝１２で遮断され、５ｄＢの光クロストーク低減効果が得られた。
【００６３】
以上の結果から、本発明の参考例３は、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さく、かつ他の入力端から入射され、光分岐回路で光結合されずに導波路材料内に漏れた光がＰＤで受光されることによって生じる光クロストークが低減された多チャネルの光強度モニタ回路を実現する上でその効果は大きい。
【００６４】
［参考例４］
図６は、本発明の第４の参考例に係る多チャネルの光強度モニタ回路を示す上面図である。本参考例は、参考例３と同様に、多チャネルの光強度モニタ回路の構成法を用いて、４チャネル光強度モニタ回路を形成した一例である。
【００６５】
本参考例では、参考例３の述べた、光分岐回路３３近傍の入力導波路３３ａ、第二の出力導波路３３ｃの両脇の領域に加えて、各ＰＤ８の入力端側と、光分岐回路側のうち第二の出力導波路３３ｃが形成された部分を除く領域にも、導波路材料をシリコン基板１の表面まで除去し、光吸収材料を充填した遮光溝１２が形成されている。上述した以外の構成、材質等は、参考例３の多チャネルの光強度モニタ回路と同様とした。
【００６６】
また、参考例３に示した多チャネルの光強度モニタ回路と同様に、図５に示す製造方法で作製した。作製した４チャネル光強度モニタ回路の特性を評価した。測定方法、及び、測定条件は、参考例３に示した多チャネルの光強度モニタ回路と同様である。測定の結果、挿入損失は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時の４チャネル平均でそれぞれ１．１６ｄＢ、１．１９ｄＢであり、偏波依存性は４チャネル平均で０．０３ｄＢであった。
【００６７】
また、受光感度は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時の４チャネル平均でそれぞれ０．０９０Ａ／Ｗ、０．０９３Ａ／Ｗであり、偏波依存性は４チャネル平均で０．１５ｄＢであった。本参考例においても、非対称Ｙ分岐回路やマッハツェンダ干渉計を光分岐回路として用いた従来の光強度モニタ回路と比較して、挿入損失と受光感度の偏波依存性が約１／５まで低減されていることを確認した。また、参考例３の多チャネルの光強度モニタ回路と同様に、光クロストークを測定した。測定結果を表２に示す。表２は、本発明の第４の参考例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の光クロストーク特性の評価結果を示している。
【００６８】
【表２】
ＣＨ１が一番上のチャネルである。
【００７０】
表２に示す通り、光クロストークは全てのチャネルで−２５ｄＢ程度であった。参考例３に示すように、光分岐回路３３近傍の入力導波路３３ａと第二の出力導波路３３ｃの両脇にのみ形成した場合には、光クロストークは全てのチャネルで約−１５ｄＢであり、本参考例では、入力端３１で光ファイバと光結合しきれずに導波路材料中に漏れた光をＰＤ８の入力端３１側の遮光材１２で遮断し、光分岐回路３３の入力導波路３３ａと第二の出力導波路３３ｃの近傍を通り抜けてきた光をＰＤ８の光分岐回路３３側の遮光材１２で遮断したことによって、更に、１０ｄＢの光クロストーク低減効果が得られた。
【００７１】
以上の結果から、本発明の参考例４は、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さく、かつ光分岐回路で光結合されずに導波路材料内に漏れた光のみならず、入力端で光結合されずに導波路材料内に漏れた光と光分岐回路３３の入力導波路３３ａと第二の出力導波路３３ｃの近傍を通り抜けてきた光がＰＤで受光されることも防止され、更に光クロストークが低減された多チャネルの光強度モニタ回路を実現する上でその効果は絶大である。
【００７２】
［実施例１］
図７は、本発明の第１の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路を示す上面図である。本実施例は、参考例３と同様に、多チャネルの光強度モニタ回路の構成法を用いて、４チャネル光強度モニタ回路を構成した一例である。
【００７３】
本実施例では、光分岐回路３３近傍の入力導波路３３ａ、第二の出力導波路３３ｃの両脇に加えて、各ＰＤ８の近傍のうち、第二の出力導波路３３ｃが形成された領域を除く全ての方向に、導波路材料をシリコン基板１の表面まで除去し、光吸収材料を充填した遮光溝１２が形成されている。上記以外の構造、材質等は、参考例３の多チャネル光強度モニタ回路と同様とした。また、参考例３の多チャネル光強度モニタ回路と同様に、図５に示す製造方法で作製した。
【００７４】
作製した４チャネル光強度モニタ回路の特性を評価した。測定方法及び測定条件は、参考例３に示した多チャネルの光強度モニタ回路と同様である。測定の結果、挿入損失は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時の４チャネル平均でそれぞれ１．１６ｄＢ、１．１９ｄＢであり、偏波依存性は４チャネル平均で０．０３ｄＢであった。
【００７５】
また、受光感度は、ＴＥ、ＴＭ偏波入射時の４チャネル平均でそれぞれ０．０９０Ａ／Ｗ、０．０９３Ａ／Ｗであり、偏波依存性は４チャネル平均で０．１５ｄＢであった。本実施例においても、非対称Ｙ分岐回路やマッハツェンダ干渉計を光分岐回路として用いた従来の光強度モニタ回路と比較して、挿入損失と受光感度の偏波依存性が約１／５まで低減されていることを確認した。また、参考例３の多チャネル光強度モニタ回路と同様に、光クロストークを測定した。測定結果を表３に示す。表３は、本発明の第１の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の光クロストーク特性の評価結果を示している。
【００７６】
【表３】
ＣＨ１が一番上のチャネルである。
【００７８】
表３に示す通り、光クロストークは全てのチャネルで約−４０ｄＢであった。参考例４に示すように、光分岐回路３３近傍の入力導波路３３ａと第二の出力導波路３３ｃの両脇の領域、及び、各ＰＤ８の入力端側と光分岐回路側であって第二の出力導波路３３ｃが形成された部分を除く領域にのみ遮光溝を形成した場合には、光クロストークは全てのチャネルで約−２５ｄＢであり、本実施例では、入力端３１で光ファイバと光結合しきれずに導波路材料中に漏れた光であって、回路端や隣接するＰＤ部などで散乱してＰＤ８に入射する光も、ＰＤ８の側面に形成された遮光溝１２で遮断されて、更に、１５ｄＢの光クロストーク低減効果が確認された。
【００７９】
また、比較のために、シリコン基板１の抵抗率を０．１Ωｃｍまで低減した多チャネルの光強度モニタ回路も作製して光クロストークを測定したところ、全てのチャネルで約−５０ｄＢまで低減され、基板の抵抗率を低減することで、基板中を伝搬する迷光を減衰させ、光クロストークが低減できることを確認した。
【００８０】
以上の結果から、本発明は、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さく、かつ光分岐回路で光結合されずに導波路材料内に漏れた光と、入力端で光結合されずに導波路材料内に漏れた光と、光分岐回路３３の入力導波路３３ａと第二の出力導波路３３ｃの近傍を通り抜けてきた光でＰＤへ直進してくる光のみならず、回路端や隣接するＰＤなどで反射、散乱されてくる光も遮断された、極めて光クロストークが低減された多チャネルの光強度モニタ回路を実現する上でその効果は絶大である。
【００８１】
［実施例２］
図８は、本発明の第２の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路（その１）を示す上面図である。本実施例は、実施例１と同様に、多チャネルの光強度モニタ回路の構成法を用いて、８チャネル光強度モニタ回路を形成した一例である。
【００８２】
本実施例では、ＰＤ８が４つずつ２列に分けて配置されている。入力端３１、出力端３２は多心ファイバの標準規格である２５０μｍ間隔で配置され、ＰＤ８は９００μｍ間隔で配置されている。入力端３１とＰＤ８の間、光分岐回路３３と出力端３２の間には、導波路間隔をＰＤ８の間隔まで広げるための展開導波路が形成されている。上記以外の構造、材質等は実施例１の多チャネル光強度モニタ回路と同様である。
【００８３】
また、実施例１の多チャネル光強度モニタ回路と同様に、図５に示す製造方法で作製した。作製した８チャネル光強度モニタ回路の特性を、実施例１と同様の測定方法及び測定条件で評価した。回路の基本構成は実施例１と同様であり、特性も実施例１と同様であったため、詳細な説明は省略する。本実施例の８チャネル光強度モニタ回路の回路寸法は４ｍｍ×２４ｍｍで、面積は９６ｍｍ２であった。
【００８４】
図９は、本発明の第２の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路（その２）を示す上面図である。この図９に示すように、ＰＤ８を１列に配置した場合の回路寸法は７．５ｍｍ×２４ｍｍで、面積は１８０ｍｍ２であったが、これに対して、本発明の多チャネルの光強度モニタ回路においては、ＰＤ８を２列に分けて配置することで、回路寸法を約１／２に低減することができた。
【００８５】
以上の結果から、本発明は、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さく、かつ光クロストークが低減され、かつ小型で量産性に優れた多チャネルの光強度モニタ回路を実現する上でその効果は大きい。
【００８６】
［実施例３］
図１０は、本発明の第３の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路を示す上面図である。本実施例は、実施例２と同様に、多チャネルの光強度モニタ回路の構成法を用いて、８チャネル光強度モニタ回路を構成した一例である。
【００８７】
本実施例では、入力端３１と出力端３２が薄膜フィルタ１０に対して同じ側に配置され、ＰＤ８が薄膜フィルタ１０に対して、入力端３１と反対側に配置されている。ＰＤ８は、実施例２と同様に、４つずつ２列に分けて配置されている。入力端３１と出力端３２は、同じ側の回路端で交互に多心ファイバの標準規格である２５０μｍ間隔で配置されており、ＰＤ８は９００μｍ間隔で配置されている。入力端３１、出力端３２とＰＤ８の間には、導波路間隔をＰＤ８の間隔まで広げるための展開導波路が形成されている。上述した以外の構造、材質等は実施例２の多チャネル光強度モニタ回路と同様である。また、実施例２の多チャネルの光強度モニタ回路と同様に、図５に示す製造方法で作製した。
【００８８】
作製した８チャネル光強度モニタ回路の特性を、実施例１と同様の測定方法、及び測定条件で評価した。回路の基本構成は実施例１と同様あり、特性も実施例１と同様であったため、詳細な説明は省略する。本実施例の８チャネル光強度モニタ回路の回路寸法は４ｍｍ×１０ｍｍで、面積は４０ｍｍ２であった。入力端３１と出力端３２が同じ側の回路端に配置されているため、ＰＤ８の間隔に広げるための展開導波路が１つの領域で済み、また、入力端３１と出力端３２が広がって配置されているため、展開導波路が占める面積が小さくなったために回路寸法を小さくすることができた。
【００８９】
また、本実施例では、入力端３１と出力端３２が同じ側の回路端に配置され、ＰＤがその反対の回路端近傍に配置されているため、モジュール化の際に、光と電気のインターフェースを各１つずつ対向して配置することができ、回路の小型化に適した構成となっている。
【００９０】
以上の結果から、本発明は、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さく、かつ光クロストークが低減され、かつ特に小型で量産性に優れた多チャネルの光強度モニタ回路を実現する上でその効果は大きい。
【００９１】
なお、上述した実施例１〜３では、薄膜フィルタを溝に挿入した例について説明したが、フィルタ機能を有する手段であればよい。そこで、フィルタ機能を有するスパッタ膜、若しくは蒸着膜を溝の壁面に作製して検討したところ、上述した実施例１〜３と同様な効果を得ることができた。また、フィルタ手段の反射率は約３０％以下で良いが、好ましくは、おおよそ１〜３０％の範囲がよい。但し、ＰＤなどの素子感度がよければ、例えば、０．０１％程度の反射率でも良い。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板上に形成された１入力２出力の光分岐回路と、光分岐回路の入力導波路が回路端に接続された入力端と光分岐回路の第一の出力導波路が回路端に接続された出力端を具備し、更に、光分岐回路の第二の出力導波路と、導波路材料を除去した溝内に搭載されたＰＤが光結合するように接続された光強度モニタ回路を少なくとも２つ以上具備する多チャネルの光強度モニタ回路において、光分岐回路として、交差導波路の交差部分に溝を形成し、溝内に薄膜フィルタを挿入したフィルタ挿入型光分岐回路を用いているため、挿入損失と受光感度の偏波依存性が極めて小さい光強度モニタ回路を提供することができる。
また、光分岐回路近傍やＰＤ部の近傍に導波路材料を除去して内部に光吸収材料を充填した遮光溝を形成することで、入力端や光分岐回路で生じ導波路材料中を伝搬してＰＤに入射する遮光を遮断して光クロストークを低減することができるため、入力光の光強度をより高精度にモニタでき、また、光分岐回路のＰＤ側に分岐する光の強度を小さくして、出力端側に分岐する光強度を大きくした低挿入損失の多チャネル光強度モニタ回路を提供することができる。
【００９３】
また、フィルタ挿入型光分岐回路を、入力導波路と第一の出力導波路が薄膜フィルタに対して反対側に配置するように構成することによって、作製誤差により薄膜フィルタの挿入位置がずれた場合の挿入損失の増加を小さく抑えることができ、挿入損失と受光感度の偏波依存性が小さく、挿入損失が小さい光強度モニタ回路を安定に提供することができる。あるいは、フィルタ挿入型光分岐回路を、入力導波路と第一の出力導波路が薄膜フィルタに対して同じ側に配置するように構成することによって、作製誤差により薄膜フィルタの挿入位置がずれた場合の受光感度の低下を小さく抑えることができ、挿入損失と受光感度の偏波依存性が小さく、受光感度の低下が小さい光強度モニタ回路を安定に提供することができる。
【００９５】
また、ＰＤを２列以上に配置することで、間隔の異なる入力端とＰＤ部を接続するために必要な展開導波路が占める面積を縮小することができるため、特に小型で、量産性に優れた光強度モニタ回路を提供することができる。
【００９６】
したがって、本発明は、挿入損失と受光強度の偏波依存性が小さく、かつ作製誤差による挿入損失や受光感度の劣化が小さい光強度モニタ回路、及び複数個の光強度モニタ回路が同一基板上に集積され、かつ光クロストークが抑制され、かつ小型で量産性に優れた多チャネルの光強度モニタ回路を実用化する上で極めて効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の参考例に係る光強度モニタ回路の概略構成を示す上面図である。
【図２】 本発明の第１の参考例及び第２の参考例に係る光強度モニタ回路の作製工程を示す図である。
【図３】 本発明の第２の参考例に係る光強度モニタ回路の概略構成を示す上面図である。
【図４】 本発明の第３の参考例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の概略構成を示す上面図である。
【図５】 本発明の第３の参考例から第３の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の作製工程を示す図である。
【図６】 本発明の第４の参考例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の概略構成を示す上面図である。
【図７】 本発明の第１の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の概略構成を示す上面図である。
【図８】 本発明の第２の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の概略構成（その１）を示す上面図である。
【図９】 本発明の第２の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の概略構成（その２）を示す上面図である。
【図１０】 本発明の第３の実施例に係る多チャネルの光強度モニタ回路の概略構成を示す上面図である。
【図１１】 （ａ）〜（ｃ）は、従来の光強度モニタ回路の概略構成を示す上面図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
２ 下部クラッド
３ コア
４ 上部クラッド
５，１０５ 搭載用溝
６ 電気絶縁膜
７ 電気配線
８，１０８ ＰＤ（フォトダイオード）
９ フィルタ挿入用溝
１０ 薄膜フィルタ
１１ 光吸収材料充填用溝
１２ 遮光溝
３１，１３１ 入力端
３２，１３２ 出力端
３３，１３３ 光分岐回路
３３ａ，１３３ａ 入力導波路
３３ｂ，１３３ｂ 第一の出力導波路
３３ｃ，１３３ｃ 第二の出力導波路
Claims (7)
- 基板上に、光を分岐する光分岐回路が形成され、該光分岐回路の入力導波路が回路端に接続されて入力端を成し、前記光分岐回路の第一の出力導波路が回路端に接続されて出力端を成し、第二の出力導波路が導波路材料を除去した搭載用溝の壁面に接続され、該搭載用溝内に前記第二の出力導波路と光結合するように受光素子が搭載されている光強度モニタ回路を少なくとも２つ以上具備する多チャネルの光強度モニタ回路であって、
前記光分岐回路が、交差導波路の交差部分に形成されたフィルタ挿入用溝内にフィルタ手段が形成されたフィルタ手段付光分岐回路であり、該フィルタ手段により前記受光素子が接続される前記第二の出力導波路へ一部の光が分岐され、
前記光分岐回路近傍の前記入力導波路と前記第二の出力導波路の両脇に第１の遮光溝が形成されているとともに、前記受光素子の近傍で、かつ前記第二の出力導波路部分を除く全ての方向に第２の遮光溝が形成され、前記各遮光溝内に光を遮断する光吸収材料が充填されていることを特徴とする光強度モニタ回路。 - 前記受光素子がフィルタ手段に対して並行に、少なくとも２列以上に分かれて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光強度モニタ回路。
- 前記受光素子の接続される前記第二の出力導波路が、前記フィルタ手段に対して前記入力導波路と反対側に配置され、該入力導波路から入射し、前記フィルタ手段を透過した光が結合する導波路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光強度モニタ回路。
- 前記受光素子の接続される前記第二の出力導波路が、前記フィルタ手段に対して前記入力導波路と同じ側に配置され、該入力導波路から入射し、前記フィルタ手段で反射された光が結合する導波路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光強度モニタ回路。
- 前記基板の抵抗率が１Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の光強度モニタ回路。
- 前記導波路材料が石英を主成分とするガラス材料又は有機誘電体材料であることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光強度モニタ回路。
- 前記受光素子がフォトダイオードであることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の光強度モニタ回路。
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