JP3977399B2 - 平面光導波回路型光可変減衰器 - Google Patents

平面光導波回路型光可変減衰器 Download PDF

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Description

本発明は、光通信分野等に適用される平面光導波回路型光可変減衰器に関するものである。
光通信等に適用されている光可変減衰器の一つの例として、平面光導波回路型光可変減衰器がある。この平面光導波回路型光可変減衰器は、シリコン等の基板上に光導波路層を形成して成り、光導波路層は、コアとクラッドとを有する（例えば、非特許文献１参照）。
図１０（ａ）はマッハツェンダ光干渉計回路３０を用いた平面光導波回路型光可変減衰器の構成を表す平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のVIII−VIII断面図である。図１０（ｂ）に示すように。シリコン等の基板７上に光導波路層３が形成されており、光導波路層３はコア（光導波路）１と、コア１を覆うクラッド２により形成されている。図１０（ａ）に示す平面光導波回路型光可変減衰器において、コア１はマッハツェンダ光干渉計回路３０を形成している。
このマッハツェンダ光干渉計回路３０は、少なくとも１本（ここでは２本）の入力光導波路１ａ，１ｂと、該入力光導波路１ａ，１ｂから入力された光の分岐を行う光分岐部２１ａと、少なくとも１本（ここでは２本）の出力光導波路１ｃ，１ｄと、該出力光導波路１ｃ，１ｄの入力側に設けられて光の結合を行う光結合部２１ｂと、光結合部２１ｂと光分岐部２１ａとを接続する２本の接続光導波路１ｅ，１ｆとを有して該２本の接続導波路１ｅ，１ｆが互いに間隔を介して並設されている。
この図に示すマッハツェンダ光干渉計回路３０において、光分岐部２１ａと光結合部２１ｂは、それぞれ、並設された２本のコア１が近接されて形成されており、光分岐部２１ａと光結合部２１ｂは２×２方向性光結合器により形成されている。
また、図１０の（ａ）に示す光回路装置は、マッハツェンダ光干渉計回路３０の２本の接続光導波路１ｅ，１ｆにそれぞれ、接続光導波路１ｅ，１ｆを伝搬する伝搬光の位相を調整する位相調整手段８ａ，８ａ’を形成している。これらの位相調整手段８ａ，８ａ’は、例えば薄膜ヒータ９ａ，９ａ’により形成されて、クラッド２の上側に設けられている。
位相調整手段８ａ，８ａ’と、これらの位相調整手段８ａ，８ａ’の形成領域の下部に形成されている位相部接続光導波路１ｓ，１ｔとにより位相シフタが形成されている。なお、図中、符号２３は薄膜ヒータ９ａ，９ａ’への給電用電極を示している。位相調整手段８ａ，８ａ’は同一構成を有しており、例えば位相調整手段８ａのみを作動させることにより、以下のような動作が行われる。
つまり、図１０の平面光導波回路型光可変減衰器において、位相調整手段８ａである薄膜ヒータ９ａにより位相部接続光導波路１ｓの温度が局所的に可変制御されると、この温度が可変制御された側の位相部接続光導波路１ｓの屈折率が変化し、変化させた部分のコア１の実効屈折率が変化する。これは、石英系ガラス等の屈折率が温度により変化する現象である熱光学効果を利用するものであり、上記効果によって、屈折率が変化したコアを伝搬する光の位相が変化する。このことによって、位相部接続光導波路１ｓを伝搬する伝搬光と位相部接続光導波路１ｔを伝搬する伝搬光との間に位相差が発生し、接続光導波路１ｅ，１ｆを伝搬する伝搬光は互いに位相差を有することになる。
つまり、上記位相調整手段８ａである薄膜ヒータ９ａの発熱による熱光学効果により、加熱された位相部接続光導波路１ｓの実効光導波路長が変化し、実効光導波路長が変化したコアを伝搬する光の位相が変化することで、マッハツェンダ光干渉計回路３０の光透過率を変化させることができる。そのため、図１０（ａ）に示す光回路装置は、光透過率や光分岐比が可変可能な光導波路型干渉計となり、光可変減衰器の機能を得ることができる。なお、位相調整手段８ａ’は、例えば位相調整手段８ａが故障したとき等の予備として設けられている。
この平面光導波回路型光可変減衰器において、コア１を形成する石英系ガラスの屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴは、１０−５（１／℃）程度なので、例えば５ｍｍの長さにわたってコア１の温度を２０℃上昇させると、コア１の実効的な光路長が１μｍ程度変化する。
図１１の特性線aは、図１０に示す平面光波回路型光可変減衰器における、投入電力と挿入損失との関係を示す特性線である。この特性線aにより、約４３０ｍＷの投入電力に対して約１０ｄＢの光減衰量が得られ、５２０ｍＷの投入電力に対しては２２．５ｄＢの最大光減衰量が得られていることがわかる。また、図１１の特性線ｂは、図１０に示す平面光波回路型光可変減衰器における、投入電力と挿入損失の（ＴＥ偏波とＴＭ偏波の）偏波による差（ＰＤＬ：偏波依存性損失）との関係を示す特性線である。特性線ａと特性線ｂから、約１０ｄＢの光減衰量の時の挿入損失の偏波による差は約−２ｄＢであることがわかる。
このような光可変減衰器は、例えば光通信システムの基幹網などにおける光波長多重伝送（ＷＤＭ）システムにおいて用いられる。ＷＤＭシステムにおいては、複数の波長光を同時に増幅する希土類添加光ファイバーアンプが用いられているが、光増幅効率には波長特性があるため、波長による光強度の差が生じてしまう。また、伝送経路の途中で特定の波長光のみを分離したり、挿入したりといったことが行われるため、そこでも波長による光強度の差が生じてしまう。
そこで、波長による光強度差を精度良く、かつ、ダイナミックに均一化するために、光可変減衰器が用いられる。このような波長による光強度差は０〜１０ｄＢ程度であるため、光可変減衰器に通常求められる光減衰量の範囲は０〜１０ｄＢ程度である。
「可変光減衰器の開発」住本ら、昭和電線レビュー、vo1.52、No.1(2002)
ところで、上記ＷＤＭシステムにおいては、通信装置のメンテナンス時や特定のチャネルのみを休止する場合等において、例えば３０ｄＢ以上といった大きな光減衰量が必要となる場合がある。ただし、このような大きな光減衰量での使用時は高精度な光減衰量の制御は求められてはいない。そのため、０〜１０ｄＢ程度の光減衰量範囲において任意の光減衰量が高精度に得られ、かつ、３０ｄＢ以上といった大きな光波衰量が得られる平面光波回路型光可変減衰器が求められていた。
しかしながら、上記マッハツェンダ光干渉計回路３０を使用した平面光波回路型光可変減衰器では、通常の使用時に求められる光減衰量の範囲である０〜１０ｄＢ程度は十分実現できるが、３０ｄＢ以上の大きな光減衰量を得ることは困難であった。つまり、マッハツェンダ光干渉計回路３０は、干渉を用いて光減衰量を得ているため、３０ｄＢ以上といった高い光減衰量を得ることは困難であり、安定して得られる最大光減衰量としては、２０ｄＢ程度が限度であった。
そこで、上記問題を解決するために、つまり、例えば３０ｄＢ以上といった大きな最大光減衰量を得られる構成として、例えば従来例の平面光波回路型光可変減衰器を例えば２つ続続接続し、２つの平面光波回路型光可変減衰器の光減衰量の和を持って全体としての光減衰量とする構成も考えられる。
しかしながら、この構成により上記最大光減衰量を得るには、２つの平面光波回路型光可変減衰器の両方を最大光減衰量に設定することになるため、従来例の平面光波回路型光可変減衰器において最大光減衰量を得るための電力の２倍の電力を要する。したがって、通信装置のメンテナンス時等、光通信が行われていない光線路用の光可変減衰器にて最大電力が必要となることとなり、電力の無駄が多いという問題があり、実用的でなかった。
また、上記構成の平面光導波回路型光可変減衰器は、従来の平面光波回路型光可変減衰器を２つ縦列接続するために、回路サイズが約２倍になってしまうという問題もあった。
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。
すなわち、本発明の第１の態様は、基板と、該基板上に形成されたコアとクラッドとを有する光導波路層とを有し、前記コアにおいて、少なくとも１本の入力光導波路と、前記入力光導波路から入力された光の分岐を行う光分岐路と、少なくとも１本の出力光導波路と、前記出力光導波路の入力側に設けられた光結合部と、前記光結合部と前記光分岐部とを接続し且つ互いに間隔を介して並設される２本の接続光導波路とを有するマッハツェンダ光干渉計回路と、２本の前記接続光導波路の少なくとも一方に設けられて伝搬光の位相を可変可能に調整する位相調整手段と、前記光入力導波路と前記光出力導波路の少なくとも一方の光導波路の長手方向途中部に該光導波路と交わる方向で前記光導波路層に形成されたスリットと、記スリット内の一部に入れられて前記コアの屈折率の近似した屈折率を持つ液状の屈折率整合剤と、前記光入力導波路と前記光出力導波路の少なくとも一方の前記光導波路における伝搬光の通り道を含む位置と該伝搬光の通り道から外れた位置とのいずれかに前記屈折率整合剤をスリット内で移動させる整合剤移動手段とを備え、互いに並設された２本の前記接続光導波路のうち一方が第１の接続光導波路、他方が第２の接続光導波路であり、前記第１の接続光導波路には、前記位相調整手段である第１、第４の位相調整手段が長手方向に間隔をおいて順に形成され、前記第２の接続光導波路には、前記位相調整手段である第３、第２の位相調整手段が長手方向に間隔をおいて順に形成され、前記第１の位相調整手段は前記第３の位相調整手段と同一構成であり、前記第２の位相調整手段は前記第４の位相調整手段と同一構成であり、前記第１の位相調整手段の側方には第１の距離をおいて前記光導波路層の一部を除去してなる第１の凹部が光導波路層除去部として形成され、前記第３の位相調整手段の側方には前記第１の距離と実質的に等しい第３の距離をおいて前記光導波路層の一部を除去してなる第３の凹部が光導波路層除去部として形成され、前記第２の位相調整手段の側方には前記第１の距離とは異なる第２の距離をおいて前記光導波路層の一部を除去してなる第２の凹部が光導波路層除去部として形成され、前記第４の位相調整手段の側方には前記第２の距離と実質的に等しい第４の距離をおいて光導波路層の一部を除去してなる第４の凹部が光導波路層除去部として形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
また、本発明の第２の態様は、上記第１の態様の構成に加え、２本の前記接続光導波路のそれぞれに設けられる前記位相調整手段は、２本の前記接続光導波路を伝搬する伝搬光の位相の偏波差の変化率を互いに異ならせて位相制御する位相制御手段である構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第３の態様は、上記第１または第２の態様の構成に加え、２本の前記接続光導波路のそれぞれに設けられる前記位相調整手段は、２本の前記接続光導波路の複屈折率の変化率を互いに異ならせる複屈折率調整手段である構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第４の態様は、上記第３の態様の構成に加え、２本の前記接続光導波路の少なくとも一方に設けられる前記位相調整手段の形成部位から間隔をおいて、前記位相調整手段による位相調整の際に前記接続光導波路に付与される応力を解放または増加させるための応力調整部を設けた構成をもって課題を解決する手段としている。
また、本発明の第５の態様は、上記第４の態様の構成に加え、前記応力調整部は、前記位相調整手段による位相調整の際に前記接続光導波路に付与される前記応力を解放する自由空間であって、前記位相調整手段から間隔をおいて前記光導波路層に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第６の態様は、上記第１乃至第４の態様のいずれか一つの構成に加え、２本の前記接続光導波路にはそれぞれ加熱手段を有する前記位相調整手段が設けられており、少なくとも一方の前記位相調整手段の形成部位から間隔をおいた領域には前記加熱手段により前記接続光導波路に加えられる熱の拡散を抑制する断熱手段が形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第７の態様は、上記第５の態様の構成に加え、前記位相調整手段の形成部位を挟む両側の前記光導波路層のうち前記接続光導波路から間隔をおいた領域には、前記光導波路層除去部が前記自由空間として前記接続光導波路の長手方向に沿って形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第８の態様は、上記第７の態様の構成に加え、２本の前記接続光導波路にはそれぞれ前記位相調整手段が設けられており、一方の前記接続光導波路から第１の距離をおいて形成された前記光導波路層除去部と、他方の前記接続光導波路から前記第１の距離とは異なる第２の距離をおいて形成された別の前記光除去部とを有した構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第９の態様は、上記第６の態様の構成に加え、前記断熱手段は、前記接続光導波路と間隔を介した領域で該接続光導波路の長手方向に沿って前記光導波路層が除去されてなる光導波路層除去部である構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第１０の態様は、上記第７乃至第９の態様のいずれか一つの構成に加え、前記光導波路層除去部は、前記光導波路層の表面から前記基板の表面に至るまで除去されて形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第１１の態様は、上記第１０の態様の構成に加え、前記基板には、前記光導波路層除去部の下部に連続して基板除去部が形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第１２の態様は、上記第１１の態様の構成に加え、前記基板除去部は、前記光導波路層除去部の下部よりも幅が広い部分を有する凹状の断面形状を有する構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第１３の態様は、上記第１乃至第１２の態様のいずれか一つの構成に加え、前記整合剤移動手段は、前記スリットの少なくとも一部の周囲に設けられた薄膜ヒータを有する構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第１４の態様は、上記第１乃至第１３の態様のいずれか一つの構成に加え、前記位相調整手段は、前記接続光導波路上に設けられた薄膜ヒータを有する構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第１５の態様は、上記第１乃至第１４の態様のいずれか一つの構成に加え、前記光導波路層は石英系ガラスからなる構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第１６の態様は、上記第１乃至第１５の態様のいずれか一つの構成に加え、前記基板はシリコン基板である構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第１７の態様は、上記第１乃至第１６の態様のいずれか一つの構成に加え、前記スリットは、ガラス板により封止されている構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第１８の態様は、上記第１７の態様の構成に加え、前記ガラス板は、接着剤によって前記スリットの周りの前記光導波路層に接着されている構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第１９の態様は、上記第１７の態様の構成に加え、前記ガラス板は、低融点ガラスによって前記スリットの周りの前記光導波路層に接合されている構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第２０の態様は、上記第１７の態様の構成に加え、前記ガラス板と前記光導波路層の間には金属膜が介在し、前記金属膜を構成する金属の拡散によって前記ガラス板と前記光導波路層は接合されている構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第２１の態様は、上記第２０の態様の構成に加え、前記金属膜は、銅と銅合金のいずれかからなる構成をもって課題を解決する手段としている。
さらに、本発明の第２２の態様は、上記第１乃至第２１の態様のいずれか一つの構成に加え、前記スリットには、前記屈折率整合剤と共に不活性ガスが封入されている構成をもって課題を解決する手段としている。
上述したように本発明によれば、光導波路層のコアにより形成したマッハツェンダ光干渉計回路の出力又は入力光導波路の長手方向の途中部に交差するスリットの中に液状の屈折率整合剤を入れる。そして、その途中部を含む位置に屈折率整合剤を移動させた状態で、マッハツェンダ光干渉計回路の位相調整を行うことにより、例えば０〜１０ｄＢといった範囲内で高精度な光減衰量を得ることができる。これは、屈折率整合剤が、光導波路層のコアの屈折率と同一か近似した値の屈折率を有するからである。
また、スリット内の屈折率整合剤を出力又は入力光導波路の伝搬光の通り道から待避させることにより、出力又は入力光導波路における光減衰量を例えば３５ｄＢ以上と、非常に高くすることができる。スリット内での整合剤の移動は小電力で可能であり、また、スリットは平面光導波回路型光可変減衰器に比べて小型化が可能なので、小型な装置で且つ小電力で大きな光減衰量を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
（第１の実施の形態）
第１実施形態例の平面光波回路型光可変減衰器は、図１（ａ）の平面図に示すように、コア１により形成されたマッハツェンダ光干渉計回路３０と、位相調整手段８ａ，８ａ’と、光シャッター部５０とを有して構成されている。
本実施形態例において、マッハツェンダ光干渉計回路３０の回路構成は、図１０（ａ）に示した従来のマッハツェンダ光干渉計回路３０とほぼ同様に構成されているが、本実施形態例では、マッハツェンダ光干渉計回路３０の出力光導波路１ｄを出力光導波路１ｃよりも例えば２ｍｍ長く形成している。そして、出力光導波路１ｄの長手方向途中部に、出力光導波路１ｄと交わる方向にスリット１２を形成し、このスリット１２と、スリット１２内に設けた屈折率整合剤１３と、スリット１２内で屈折率整合剤１３を出力光導波路１ｄの伝搬光の通り道を含む位置と該伝搬光の通り道から待避する位置とに移動させる整合剤移動手段１１ａ，１１ｂとを有する光シャッター部５０を設けている。
屈折率整合剤１３は、スリット１２内の一部に設けられており、コア１の屈折率に近似した（ここでは、ほぼ等しい）屈折率を待つ液状のシリコン系オイルからなる。スリット１２には屈折率整合剤１３と共に、不活性ガスである窒素ガスからなる気体１４が封入されている。また、整合剤移動手段１１ａ，１１ｂは薄膜ヒータ１６ａ，１６ｂにより形成されており、この薄膜ヒータ１６ａ，１６ｂがスリット１２を取り囲むように略コの字型に形成されている。
なお、図１（ａ）の図中、符号２６，２７は光入力部、２８，２９は光出力部をそれぞれ示す。本実施形態例において、前記マッハツェンダ光干渉計回路３０の光分岐部２１ａと光結合部２１ｂは互いに等しい長さに形成されており、光分岐部２１ａと光結合部２１ｂの結合効率ηは、いずれも、波長１．５５μｍの光に対して５０％になるように設定されている。
また、接続光導波路１ｅ，１ｆは互いに等しい長さに形成されており、接続光導波路１ｅ，１ｆはそれぞれ長手方向に長さ５ｍｍの直線部を有して、これらの直線部は２５０μｍ間隔で平行に配設されている。接続光導波路１ｅ，１ｆの直線部には、それぞれ、図１０（ａ）に示した従来例と同様に、薄膜ヒータ９ａ，９ａ’により形成された位相調整手段８ａ，８ａ’が形成されている。
図１（ｂ）には、図１（ａ）のＩ−Ｉ線断面図が示されており、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、位相調整手段８ａ，８ａ’の形成部位を挟む両側の光導波路層３には、接続光導波路１ｅ，１ｆと間隔を介した領域で、接続光導波路１ｅ，１ｆの長手方向に沿って光導波路層３の表面から基板７の表面に向かって厚み方向に除去されて、光導波路層除去部５が形成されている。この光導波路層除去部５は、光導波路層３が基板７の表面に至るまで除去されて形成されており、位相部接続光導波路１ｓ，１ｔから間隔をおいて、位相部接続光導波路１ｓ，１ｔと平行に形成されている。
光導波路層除去部５は、位相調整手段８ａ，８ａ’により位相調整を行った際に接続光導波路１ｅ，１ｆに付与される応力を、解放する構成と成しており、接続光導波路１ｅ，１ｆは、この応力解放の自由空間に間隔を介して接するように配置されている。
なお、一般に、熱光学効果を用いた位相シフタでは、基板に垂直な方向は光導波路層の熱膨張による応力が十分に解放され、基板に水平な方向は光導波路層の熱膨張による応力が十分に解放されないため、異方性の内部応力が新たに発生し、この異方性の応力により光導波路層の複屈折率がさらに増大する。そのため、光導波回路内に存在する２つの偏波光であるＴＥ偏波光とＴＭ偏波光とで位相シフタ部における位相変化量が異なってしまい、接続光導波路１ｅ，１ｆを伝搬してきた光の位相差によって決定される光減衰量の差、ＰＤＬが発生してしまう。
そこで、本実施形態例では、上記応力を解放する光導波路除去５を設けることにより、接続光導波路１ｅ，１ｆの形成領域およびその近傍の光導波路層３の複屈折の増大を抑制している。
また、光導波路層除去部５は、加熱手段である薄膜ヒータ９ａ，９ａ’により接続光導波路１ｅ，１ｆに加えられる熱が位相調整手段８ａ，８ａ’の近傍領域よりも外側に伝わることを抑制する断熱手段としても機能する。この構成により、位相調整手段８ａ，８ａ’を形成する薄膜ヒータ９ａ，９ａ’の熱は、位相部接続光導波路１ｓ，１ｔに効率的に伝わるように構成されている。なお、薄膜ヒータ９ａ，９ａ’には、例えば図１０（ａ）に示した給電用配線２３と同様の給電用配線（図示せず）が接続されている。
図１（ａ）に示すように、前記スリット１２の長辺は出力光導波路１ｄの光軸と４５度の交差角θを成しており、幅３０μｍ、長さ２５０μｍに形成されている。なお、図１（ａ）では、出力光導波路１ｄにおいて、スリット１２に伝搬光を入力する側に形成されている領域を１ｙ、スリット１２から伝搬光を出力する側に形成されている領域を１ｚで示している。図１（ｃ）には、図１（ａ）のII−II断面図が示されており、スリット１２は光導波路層３の表面から基板７の表面にかけて、深さ４０μｍに形成されている。
また、スリット１２はホウ珪酸ガラスの板からなる蓋１５により封止されており、蓋１５は接着剤（図示せず）により上部クラッド層２上に接着されている。図１（ａ）に示すように、前記整合剤移動手段１１ａ，１１ｂを形成する薄膜ヒータ１６ａ，１６ｂは、スリット１２近傍の上部クラッド層２上に形成され、スリット１２の長手方向両端部付近に、スリット１２を取り囲むようにコ字形状に形成されている。スリット１２と出力光導波路１ｄは、薄膜ヒータ１６ａ寄りの交差部２４で交差している。薄膜ヒータ１６ａ，１６ｂには、図示されていない給電用配線が接続されている。
次に、本実施形態例による光可変減衰器の製造方法について、図面を用いて説明する。
図２および図３は、本実施形態例の平面光導波路型光可変減衰器の製造方法を説明する説明図である。なお、図２は、平面光導波回路型光可変減衰器の製造工程ごとの状態を、図１（ａ）におけるI−I線から見た断面図により示しており、図３は、平面光導波回路型光可変減衰器の製造工程ごとの状態を、図１（ａ）におけるII−II線から見た断面図により示している。
まず、図２（ａ）、図３（ａ）に示すように、シリコン基板７上に火炎加水分解堆積法(ＦＨＤ法)を用いて膜厚２０μｍの下部クラッド層２ａ及び膜厚６μｍのコア１の層を成膜する。この際、コア１1の層の屈折率が下部クラッド層２ａの屈折率より０．８％高くなるように、コア１の層にＧｅＯ２を添加する。
次に、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、幅６．５μｍのコア１の光導波回路をパターニング形成する。コア１の光導波回路は、図１（ａ）に示すように形成する。
なお、図２（ｂ）は図１（ａ）のI−I線による切断面で示されているので、コア１は接続光導波路１ｅ，１ｆの直線部の位相部接続光導波路１ｓ，１ｔの断面が示されており、図３（ｂ）は図１（ａ）のII−II線による断面で示されているので、コア１は交差部２４に相当する部分における出力光導波路１ｄの断面が示されている。
次に、図２（ｃ）、図３（ｃ）に示すように、ＦＨＤ法を用いて膜厚２０μｍの上部クラッド層２ｂを形成し、コア１の光導波回路をクラッド２内に埋め込んで光導波路層３を形成する。
次に、図２（ｄ）、図３（ｄ）及び図１（ａ）に示すように、スパッタ法とリフトオフ法を用いて、接続光導波路１ｅ，１ｆのそれぞれの直線部（位相部接続光導波路１ｓ，１ｔ）に対応する光導波路層３の上面と、スリット１２の長手方向両端部をコの字型に取り囲む形状に相当する部分に、Ｔa製の薄膜ヒータ９ａ，９ａ’，１６ａ，１６ｂを設ける。
薄膜ヒータ９ａ，９ａ’は長さ５ｍｍ、幅１０μｍ、膜厚１．０μｍに形成され、薄膜ヒータ１６ａ，１６ｂは、スリット１２の長辺方向の長さが１４０μｍ、短辺方向の長さが１１０μｍ、幅２０μｍ、膜厚１．０μｍに形成される。
次に、上記薄膜ヒータ９ａ，９ａ’，１６ａ，１６ｂの作製方法と同様の方法で、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの３層から或る給電用配線（図示せず）を形成する。つぎに、薄膜ヒータと給電用配線を保護し、絶縁するためのＳｉ０２からなる絶縁膜（図示せず）をスパッタ法により基板表面全体に形成する。
次に、図２（ｅ）及び図１（ａ）、（ｂ）に示すように、位相調整手段８ａ，８ａ’を形成する薄膜ヒータ９ａ，９ａ’の形成部位を挟む両側の光導波路層３に光導波路層除去部５を形成する。この光導波路層除去部５は、接続光導波路１ｅ，１ｆの直線部の長手方向に沿って平行に間隔を介した領域を光導波路層３表面から基板７表面に至るまでドライエッチングにより除去して形成する。光導波路層除去部５の寸法は、例えば長さ５ｍｍ、幅１００μｍとする。
この光導波路層除去部５の形成により、接続光導波路１ｅ，１ｆの直線部を含む光導波路層３（３ａ，３ｂ）の幅Ｗａを２０μｍとなるようにする。また、同時に、図３の（ｅ）及び図１（ａ）、（ｃ）に示すように、スリット１２に相当する領域の光導波路層も同様に除去し、スリット１２と成す。スリット１２は幅３０μｍ、長さ２５０μｍとし、薄膜ヒータ１６ａ寄りのスリット端から５０μｍの位置にて出力光導波路１ｄと交差するようにし、交差部２４と成す。
次に、図３（ｆ）及び図１（ａ）、（ｃ）に示すように、スリット１２に屈折率整合剤１３を注入する。この屈折率整合剤１３は例えばスリット１２の第３の薄膜ヒータ１６ａ側が約半分満たされる量だけ注入し、交差部２４が屈折率整合剤１３で満たされる状態とする。その後、気体１４である窒素ガス雰囲気中でスリット１２上に蓋１５を接着剤にて貼り付けて封止し、光シャッター部５０と成す。
次に、第１実施形態例の光可変減衰器の駆動方法について説明する。まず、一方の入力光導波路１ａの光入力部２６から信号光を入射し、光分岐部２１ａで分岐した後、接続光導波路１ｅ，１ｆを伝搬させ、光結合部２１ｂで結合させて出力光導波路１ｄに伝搬させると、この伝搬光は、出力光導波路１ｄの途中部に設けられたスリット１２を通って光出力端２９側へと伝搬する。
このとき、図１（ａ）に示すように、スリット１２内の屈折率整合剤１３が出力光導波路１ｄの伝搬光の通り道を含む位置にある状態においては、交差部２４は、コア１と屈折率がほぼ等しい屈折率整合剤１３にて満たされているため、交差部２４を通過する際の信号光の損失は非常に小さく、例えば約０．２ｄＢである。つまり、出力光導波路１ｄにおいて、スリット１２の領域１ｙ側からスリット１２の交差部２４に入射した信号光はスリット壁面にてほとんど反射されることなく、領域１ｚ側へと伝搬する。屈折率整合剤１３の屈折率は、例えば上部クラッド層２の屈折率より高くなっている。
したがって、この場合は、光シャッター部５０側の光減衰量は殆ど無く、マッハツェンダ光干渉計回路３０に形成された位相調整手段８ａ，８ａ’による位相調整によって、０〜１０ｄＢ程度の範囲において任意の光減衰量を得ることができる。つまり、例えば薄膜ヒータ９ａに通電・加熱することにより、発熱による熱光学効果によって位相部接続光導波路１ｓの実効光導波路長を変化させて位相部接続光導波路１ｓを伝搬する光の位相を変化させることで、マッハツェンダ光干渉計回路３０の光透過率を変化させることにより、従来の光可変減衰器とほぼ同様に、０〜１０ｄＢ程度の範囲において任意の光減衰量を得ることができる。
なお、図１（ａ）、（ｂ）に示した状態においては、光シャッター部５０の薄膜ヒータ１６ａ，１６ｂは共に無給電であるが、スリット１２中の屈折率整合剤１３は交差部２４に保持されている。これは、狭いスリット１２中に気体と液体が封入された状態においては、液体は表面張力のためスリット１２の片端に保持される性質があるためである。
一方、薄膜ヒータ１６ａに給電して加熱すると、スリット１２の薄膜ヒータ１６ａ側における屈折率整合剤１３の表面張力が低下するため、スリット１２の長手方向に沿ってスリット１２の屈折率整合剤１３の表面張力に勾配が発生する。狭いスリット１２中の液体は表面張力の高い方向へ、気体１４は表面張力の低い方向へと移動する性質があるため、このような表面張力の勾配が発生すると、液状の屈折率整合剤１３は加熱されていない薄膜ヒータ１６ｂ側、つまり、出力光導波路１ｄの伝搬光の通り道から待避する位置に移動する。そして、交差部２４は気体１４で満たされる。
また、上記のようにして屈折率整合剤１３が完全に薄膜ヒータ１６ｂ側に移動した後、薄膜ヒータ１６ａへの給電を中止すると、発生していた表面張力の勾配は喪失するが、前述した通り、スリット１２中の屈折率整合剤１３は毛細管力によって薄膜ヒータ１６ｂ側のスリット１２端に保持される。この時の状態を、図４（ａ）の平面図と図４（ｂ）の断面図に示す。なお、図４（ｂ）は図４（ａ）の光シャッター部５０のII−II線断面図である。
図４（ａ）、（ｂ）の状態、すなわち交差部２４が気体１４で満たされた状態においては、出力光導波路１ｄの領域１ｙ側からスリット１２の交差部２４に入射した信号光はスリット壁面にて全反射され、領域１ｚ側へはほとんど伝搬することなく、クラッド２へ放射される。この場合、出力光導波路１ｄの領域１ｙ側から交差部２４を通過して領域１ｚ側へと伝搬する信号光の損失は、約３５ｄＢ以上と非常に大きい。
したがって、第１実施形態例の光可変減衰器は、マッハツェンダ光干渉計回路３０の位相調整手段８ａ，８ａ’を駆動することなく、かつ、光シャッター部５０の薄膜ヒータ１６ａ，１６ｂにも給電することなく、全くの無給電状態で約３５ｄＢ以上という大きな光減衰量が得られることになる。
また、マッハツェンダ光干渉計回路３０の位相調整手段８ａ，８ａ’を駆動することにより、例えばマッハツェンダ光干渉計回路３０における光減衰量を２０ｄＢに設定すれば、光可変減衰器の光減衰量として約５５ｄＢ以上という非常に大きな光減衰量を得ることができる。
以下に、実際に作製した光可変減衰器を用いて光減衰特性を測定した結果を示す。この測定にあたっては、波長１．５５μｍのレーザダイオードからの光を入力光導波路１ａの光入力部２６から入射し、出力光導波路１ｄの光出力部２９から出射された光の挿入損失を測定した。測定はＴＥ偏波光とＴＭ偏波光の両方を用いてそれぞれ独立に行った。
まず、図１の状態、即ち交差部２４が屈折率整合剤１３によって満たされている状態において、無給電状態での挿入損失を測定したところ、ＴＥ偏波の挿入損失は１．２１ｄＢ、ＴＭ偏波の挿入損失は１．２２ｄＢであった。これは従来の光可変減衰器における挿入損失に比べて０．２ｄＢ程度高い値であり、スリット１２による損失増加であるとわかる。
次に、位相調整手段８ａにのみ電力を供給し、電力供給量を０〜８０ｍＷの範囲で変化させた。この時の電力供給量と挿入損失の関係を図５の特性線ａに示し、電力供給量に対するＴＥ偏波光とＴＭ偏波光の挿入損失の差(ＰＤＬ)の関係を図５の特性線ｂに示す。
図５の特性線ａに示すように、電力供給量の増加に応じて挿入損失が増加しており、約７２ｍＷにおいて最大の挿入損失２５．０ｄＢが得られている。このとき、電力投入量が０ｍＷの状態である初期状態における挿入損失との差である光減衰量は最大約２３．８ｄＢであることがわかる。また、初期状態から約１０ｄＢの光減衰量、即ち約１１．２ｄＢの挿入損失が得られている電力供給量が約５８ｍＷまでの範囲の範囲において、図５の特性線ｂに示すように、ＰＤＬは約０．５ｄＢ以下と良好なＰＤＬ特性が得られている。
次に、位相調整手段８ａへの電力供給を中止し、薄膜ヒータ１６ａに給電加熱して、図４（ａ）、（ｂ）に示したように、屈折率整合剤１３を薄膜ヒータ１６ｂ側に移動させ、交差部２４を気体１４で満たした後、薄膜ヒータ１６ａへの給電を中止した。
薄膜ヒータ１６ａへの給電中止後、全くの無給電状態となった後も、屈折率整合剤１３は毛細管力によって第４の薄膜ヒータ１６ｂ側のスリット端に保持されていた。そして、このときの挿入損失を測定したところ、４１．５ｄＢであった。このとき、初期状態における挿入損失との差である光減衰量は４０ｄＢ以上の高い値が得られていることがわかる。
さらに、交差部２４が気体１４で満たされた状態のまま、位相調整手段８ａにのみ約７２ｍＷの電力を供給し、挿入損失を測定したところ、６５．３ｄＢが得られた。このとき、初期状態における挿入損失との差である光減衰量は約６０ｄＢ以上と非常に高い値が得られていることがわかる。
第１実施形態例によれば、以上のように、接続光導波路１ｅ，１ｆ近傍に光導波路層除去部５を形成したマッハツェンダ光干渉計回路３０と、接続光導波路１ｅ，１ｆに形成した位相調整手段８ａ，８ａ’と、光シャッター部５０とを適宜機能させることによって、０〜１０ｄＢ程度の光減衰量範囲において、任意の光減衰量が、ＴＥ偏波光とＴＭ偏波光の挿入損失差の小さい状態で高精度に得られ、かつ、給電状態で６０ｄＢ以上、無給電状態で４０ｄＢ以上といった大きな光減衰量が得られる光可変減衰器を実現できる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係る平面光導波回路型光可変減衰器の第２実施形態例について説明する。第２実施形態例は、図６に示す平面構成を有している。また、図７（ａ）には、図６のIII−III線断面図を示し、図７（ｂ）には、図６のIV−IV線断面図を示し、図７（ｃ）には、図６のＶ−Ｖ線断面図を示す。
図６に示すように、第２実施形態例において、光分岐部２１ａと光結合部２１ｂは分岐比が１対１であるＹ分岐器により形成されている。なお、分岐比が１対１であるＹ分岐器は２×２方向性結合器に比べて分岐比の波長依存性が小さい特性を有する。
また、第２実施形態例では、互いに並設された接続光導波路１ｅ，１ｆの一方が第１の接続光導波路１ｅと成して他方が第２の接続光導波路１ｆと成しており、これら第１と第２の接続光導波路１ｅ，１ｆにはそれぞれ長手方向に間隔を介して２つずつ位相調整手段８ａ，８ｂ’，８ａ’，８ｂが形成されている。第１の接続光導波路１ｅの入力側寄りには第１の位相調整手段８ａが形成されて出力側寄りには第４の位相調整手段８ｂ’が形成され、第２の接続光導波路１ｆの入力側寄りには第３の位相調整手段８ａ’が形成されて出力側寄りには第２の位相調整手段８ｂが形成されている。
第１の位相調整手段８ａ、第３の位相調整手段８ａ’、第２の位相調整手段８ｂ、第４の位相調整手段８ｂ’は全て同一構成と成し、これらの位相調整手段８ａ，８ａ’，８ｂ，８ｂ’は第１実施形態例に設けられた位相調整手段８ａ，８ａ’と同様に構成され、薄膜ヒータ９ａ，９ｂ’，９ａ’，９ｂを有している。
第１の位相調整手段８ａと該第１の位相調整手段８ａに幅方向で隣り合う光導波路層除去部５（５ａ）との距離と、第３の位相調整手段８ａ’と該第３の位相調整手段８ａ’に幅方向で隣り合う光導波路層除去部５（５ａ）との距離とは互いに等しい第１設定距離Ｄ１に形成されている。つまり、図７（ａ）に示す光導波路層３ａ，３ｂの幅は互いに等しく形成されている。
また、第２の位相調整手段８ｂと該第２の位相調整手段８ｂに幅方向で隣り合う光導波路層除去部５（５ｂ）との距離と第４の位相調整手段８ｂ’と該第４の位相調整手段８ｂ’に幅方向で隣り合う光導波路層除去部５（５ｂ）との距離とは互いに等しい第２設定距離Ｄ２に形成されており、該第２設定距離Ｄ２と前記第１設定距離Ｄ１は互いに異なる距離に形成されている。つまり、図７（ｂ）に示す光導波路層３ａ’，３ｂ’の幅は互いに等しく形成されており、これらの幅は図７（ａ）に示した光導波路層３ａ，３ｂの幅と異なっている。
このように、光導波路層３ａ，３ｂの幅を異ならせることにより、位相調整手段８ａ，８ｂにより位相調整を行った際に、接続光導波路１ｅ，１ｆに付与される応力の解放量が異なるようにしている。これにより、応力により発生する接続光導波路１ｅ，１ｆの複屈折率が異なり、また、複屈折率により決まる伝搬光の位相の偏波差（ＴＥ偏波光の位相とＴＭ偏波光の位相との差）の変化率が異なるようになる。
また、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第２実施形態例において、光導波路層除去部５の下部に対向する基板７の表面部位には基板７の上層の一部を除去した基板除去部４が形成されており、この基板除去部４は、光導波路層除去部５の下部を該光導波路層除去部５の対向面間隔よりも広げる方向に切り込んだ断面矩形状の凹部と成している。この凹部は、光導波路層除去部５の下部の幅５０μｍより２０μｍ広い７０μｍの幅を有し、深さが１０μｍ、長さが５ｍｍである。
基板除去部４の形成は、例えば光導波路層除去部５の形成後に光導波回路型光可変減衰器チップをＫＯＨ水溶液に浸し、ＫＯＨのシリコン基板に対する異方性エッチングを利用してシリコン基板７をエッチングすることにより行われている。基板除去部４は図７（ｃ）に示すようにスリット１２側にも形成されている。
さらに、第２実施形態例において、スリット１２内には、その一部に屈折率整合剤１３が入れられ、さらに不活性ガスであるアルゴンガスの気体１４が封入されており、蓋１５の接着（接合）は低融点ガラスを用いたガラスシールにより行われている。アルゴンガスの適用と、低融点ガラスを用いた蓋１５のガラスシールの適用により、薄膜ヒータ１６ａ，１６ｂによる加熱によって屈折率整合剤１３をより信頼性良く移動可能となり、シャツター部５０の信頼性をより高めることができる。
第２実施形態例の上記以外の構成は、第１実施形態例と同様であり、また、製造方法も第１実施形態例と同様である。
前記の如く、熱光学効果を用いた位相シフタでは、一般に、基板に垂直な方向は光導波路層の熱膨張による応力が十分に解放され、基板に水平な方向は光導波路層の熱膨張による応力が十分に解放されないため、異方性の内部応力が新たに発生し、この異方性の応力により複屈折率がさらに増大し、第１の接続光導波路１ｅを伝搬してきた光と第２の接続光導波路１ｆを伝搬してきた光との間のＴＭ偏波光における位相差とＴＥ偏波光における位相差との差によって決定される光減衰量の差、ＰＤＬが発生してしまう。
第２実施形態例では、第１の位相調整手段８ａと該第１の位相調整手段８ａに隣り合う光導波路層除去部５（５ａ）との距離を第１設定距離Ｄ１に形成し、第２の位相調整手段８ｂと該第２の位相調整手段８ｂに隣り合う光導波路層除去部５（５ｂ）との距離を前記第１の設定距離と異なる第２設定距離Ｄ２に形成することで、以下の効果を奏することができる。
つまり、第２実施形態例では、第１の位相調整手段８ａが形成された部分の接続光導波路１ｅと第２の位相調整手段８ｂが形成された部分の接続光導波路１ｆにおける加熱時の応力の異方性を互いに異なるようにすることができるので、位相調整量に対する複屈折率の変化率を第１の位相調整手段８ａが形成された部分の第１の接続光導波路１ｅと第２の位相調整手段８ｂが形成された部分の第２の接続光導波路１ｆとで異なるようにできる。
そこで、第２実施形態例において、第１の位相調整手段８ａ（第１の位相シフタ）と第２の位相調整手段８ｂ（第２の位相シフタ）を同時に駆動し、第１の位相調整手段８ａが形成された部分の第１の接続光導波路１ｅと、第２の位相調整手段８ｂが形成された部分の第２の接続光導波路１ｆにおいて発生する複屈折率が等しくなるように電力を制御することによって、第１の接続光導波路１ｅと第２の接続光導波路１ｆを伝搬してきた光の位相差がＴＥ偏波光とＴＭ偏波光で等しくなるようにすることができる。すなわち、原理的にＰＤＬをゼロにすることができる。
なお、上記構成によるＰＤＬの低減効果については、特願２００３−１１１３７０に詳しく述べられている。
第２実施形態例による平面光導波回路型光可変減衰器において、交差部２４が屈折率整合剤１３によって満たされている状態において、無給電状態での挿入損失を測定したところ、ＴＥ偏波の挿入損失は１．３ｄＢ、ＴＭ偏波の挿入損失は１．３２ｄＢであった。
次に、交差部２４が屈折率整合剤１３によって満たされている状態において、第２実施形態例の光減衰量が、５、１０、１５、２０ｄＢの各設定光減衰量となるように第１の位相シフタと第２の位相シフタに電力供給し（第１と第２の位相調整手段８ａ，８ｂに電力供給し）、このときの設定光減衰量に対する実際に測定された挿入損失とＰＤＬの関係を求めた。この結果を表１に示す。
表１から明らかなように、約２０ｄＢの光減衰量までの範囲においてＰＤＬが±０．１１ｄＢ以下と小さく抑えられていることがわかる。
次に、第１と第２の位相調整手段８ａ，８ｂへの電力供給を中止し、薄膜ヒータ１６ａに給電加熱して、屈折率整合剤１３を薄膜ヒータ１６ｂ側に移動させ、交差部２４が気体１４で満たされた後、薄膜ヒータ１６ａへの給電を中止した。なお、第１実施形態例と同様に、薄膜ヒータ１６ａへの給電中止により全くの無給電状態となった後も、屈折率整合剤１３は毛細管力によって薄膜ヒータ１６ｂ側のスリット１２端に保持されていた。
このときの挿入損失を測定したところ、３７．７ｄＢであった。つまり、このとき、初期状態における挿入損失との差である光減衰量は、３６ｄＢ以上の高い値となっていることがわかる。
さらに、交差部２４が気体１４で満たされた状態のまま、第１および第２の位相調整手段８（８ａ，８ｂ）にそれぞれ７９．３０ｍＷ、４４．１０ｍＷの電力を供給し、挿入損失を測定したところ、５７．７ｄＢだった。つまり、このとき、初期状態における挿入損失との差である光減衰量は、約５６ｄＢ以上と非常に高い値となった。また、このときのＰＤＬは０．５ｄＢと低かった。
以上のように、第２実施形態例によれば、０〜２０ｄＢ程度の光減衰量範囲において任意の光減衰量が高精度、かつ、低ＰＤＬで得られ、かつ、給電状態で５６ｄＢ以上、無給電状態で３６ｄＢ以上といった大きな光減衰量が得られる光可変減衰器を実現できる。
（第３の実施の形態）
次に、本発明に係る平面光導波回路型光可変減衰器の第３実施形態例について説明する。第３実施形態例の構成は、上記第２実施形態例とほぼ同様であり、図８に、第３実施形態例における光シャッター部５０の断面構成が示されている。この図８は、図６のＶ−Ｖ線断面に相当する。第３実施形態例が上記第２実施形態例と異なる第１の点は、光シャッター部５０の蓋１５の接合が銅薄膜の拡散接合によって行われていることである。第３実施形態例が上記第２実施形態例と異なる第２の点は、スリット１２と連結された液体注入溝４３を有し、蓋１５の接合後に液体注入溝４３を通じて屈折率整合剤１３を注入した点である。
第３実施形態例では、光導波路層３および薄膜ヒータ１６ａ，１６ｂ上に形成された絶縁膜４２上の蓋１５との接合面に、銅製の金属薄膜４１ａを形成し、この金属薄膜４１ａと、蓋１５の接合面に形成された銅製の金属薄膜４１ｂとの間で拡散接合を行い、蓋１５を接合している。金属薄膜の拡散接合では金属原子の拡散による接合が行われるため、より強固な接合を行うことができ、また、固相反応で接合することから、接合時の位置ずれ等の問題が無く、より高精度に蓋１５の封止を行うことができる。
また、金属薄膜４１ａ，４１ｂとして銅を用いることで、光導波路やヒータ、給電配線等の特性に悪影響を与えない程度の温度範囲（例えば２５０℃〜６００℃程度）で拡散接合が可能となり、かつ、使用時の接合部温度範囲（例えば０℃〜１００℃程度）で再結晶等が起こらず、高い長期信頼性を得ることができる。
図９は、第３実施形態例の平面光導波回路型光可変減衰器の製造工程を断面図により示す図であり、この断面は、図６のＶ−Ｖ線断面に相当する。第３実施形態例においても、図９の（ａ）〜（ｄ）に示すように、薄膜ヒータ１６ａ，１６ｂの形成および給電用配線（図示せず）の形成までは、第１および第２実施形態例と同様に行う。
次に、図９の（ｅ）に示すように、スパッタ法を用いてＳｉＯ２からなる絶縁膜４２を形成し、絶縁膜４２上の蓋１５との接合面に銅製の金属薄膜４１ａをスパッタ法とリフトオフ法によって形成する。金属薄膜４１ａの膜厚は３μｍとする。この際、金属薄膜４１ａと絶縁膜４２との密着性を向上させるため、金属薄膜４１ａと絶縁膜４２との間に、膜厚０．１μｍのクロム膜(図示せず)を形成している。
次に、図９の（ｆ）に示すように、スリット１２に相当する領域の光導波路層３を除去し、スリット１２と成す。次に、図９の（ｇ）に示すように、絶縁膜４２上に形成した金属薄膜４１ａと同様の金属薄膜４１ｂを形成し、蓋１５に液体注入溝４３を形成する。蓋１５を用いてスリット１２に蓋をし、１０ｋｇｆ／ｍｍ程度の圧力で蓋１５を押さえながら、不活性ガス雰囲気中または真空中において５００℃で２時間程度保持し、金属薄膜４１ａと金属薄膜４１ｂを拡散接合させる。
この際、薄膜ヒータ１６ａ，１６ｂ、給電用配線（図示せず）、コア１（１ｄ）等の影響により、絶縁膜４２の表面にできる凹凸は、拡散接合時の金属薄膜の変形によって平坦化され、金属薄膜４１ａ，４１ｂの形成部分全体が接合される。最後に、アルゴン雰囲気中で図９の（ｇ）に示す液体注入溝４３を通じて、図９の（ｈ）に示すようにスリット１２の半分程度が満たされる量の屈折率整合剤１３を注入し、接着剤４４にて液体注入溝４３を封止する。
第３実施形態例の平面光導波回路型光可変減衰器において、光学特性の測定を行ったところ、第２実施形態例と同様に、０〜２０ｄＢ程度の光減衰量が０．２ｄＢ以下の低ＰＤＬで高精度に得られ、また、給電状態で５６ｄＢ以上、無給電状態で３６ｄＢ以上の大きな光減衰量が得られた。
以上のように、第３実施形態例によれば、０〜２０ｄＢ程度の光減衰量が高精度で得られ、かつ、０．２ｄＢ以下の低ＰＤＬが得られ、また、給電状態で５５ｄＢ以上、無給電状態で３５ｄＢ以上の大きな光減衰量が得られる光可変減衰器が高い信頼性で得られる。
（その他の実施の形態）
本発明は、上記各実施形態例に限定されることはなく様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記各実施形態例では、石英系光導波回路としたが、本発明の平面光導波回路型光可変減衰器は、ポリマーや半導体など種々の材料を用いた光導波路により形成されるものであり、光導波回路を形成する材料は、必要な光損失値、信頼性、コスト等を鑑みて適宜選択されるものであり、光導波回路の寸法も適宜設定されるものである。
また、上記各実施形態例では、本発明においては，基板７としてシリコン基板を用いたが、基板７は、石英ガラス、結晶化ガラスなどのガラス材料や、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ等のセラミックスなど種々の基板材料を用いることができ、放熱性、光導波路層３へ及ぼす応力などの観点から適宜選択すればよい。
また、上記各実施形態例では、薄膜ヒータ９ａ，９ａ’，１６ａ，１６ｂをＴａ膜により形成したが、薄膜ヒータ９ａ，９ａ’，１６ａ，１６ｂを形成する材料は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、Ｎｉ、Ｃｒ、ＴａＮＸ（Ｘは０〜１．０）、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗや、これらの合金など種々の薄膜ヒータ材料を用いることができる。つまり、薄膜ヒータの形成材料は、必要な抵抗値、信頼性等を鑑みて適宜選択すればよい。
さらに、上記各実施形態例においては、屈折率整合剤１３としてシリコン系オイルを用いたが、屈折率整合剤１３はコア１の屈折率に近似した屈折率をもつ液状の屈折率整合剤であればよく、その材料は適宜設定されるものである。
さらに、上記各実施形態例では、スリット１２の封止にガラス製の蓋１５を用いたが、蓋１５は、石英ガラス、結晶化ガラスなどのガラス材料や、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ等のセラミックス、シリコンなどの単結晶材料、樹脂材料、金属材料など種々の材料のものを適用することができるものであり、蓋１５の形成材料は、導波路膜との接合強度や基板７との熱膨張率差、求められる信頼性等を鑑みて適宜選択すればよい。
さらに、上記各実施形態例では、蓋１５を接着剤や低融点ガラスシールによって接着したが、蓋１５の基板７への接合方法は、陽極接合、拡散接合、熱圧着、半田付け等、種々の接合方法を適用することができ、蓋１５の材料、導波路膜との接合強度、求められる信頼性等を鑑みて適宜選択すればよい。
さらに、上記各実施形態例においては、気体１４として窒素ガス又はアルゴンガスを用いたが、気体１４はこれらのガスに限定されることはなく、不活性ガス等の特性の安定したガス材料であれば種々のガス材料を用いることができ、求められる信頼性、コスト等を鑑みて適宜選択すればよい。
さらに、上記各実施形態例では、位相調整手段８ａ，８ａ’，８ｂ，８ｂ’の近傍に、光導波路層除去部５や基板除去部４を形成し、接続光導波路１ｅ、１ｆの位相調整手段形成領域の付与されている応力を解放する構成としたが、その逆に、位相調整手段の形成部位の光導波路に付与されている応力をさらに増加（付与）させる応力付与手段としてもよい。
さらに、上記各実施形態例では、金属薄膜として銅を用いたが、接合可能温度、光導波路層やヒータ等の耐熱温度、使用温度等を考慮して、適宜材料を選択することができる。
さらに、例えばＰＤＬの抑制目標値が小さい場合等は、位相調整手段の形成部位の光導波路に付与されている応力を解放したり増加したりする手段を省略することもできる。この場合も、マッハツェンダ光干渉計回路３０に形成した位相調整手段により例えば１〜１０ｄＢといった範囲で高精度に光減衰量を可変でき、かつ、光シャッター部５０側の動作によって、３５ｄＢ以上といった大きな光減衰量を得ることができる。
さらに、第１〜第４の位相調整手段８ａ，８ｂ，８ａ’，８ｂ’の形成位置は、第２実施形態例における形成位置に限定されることはなく、第１、第４の位相調整手段８ａ，８ｂ’が第１の接続光導波路１ｅに、第２、第３の位相調整手段８ｂ，８ａ’が第２の接続光導波路１ｆに形成されていればよい。
さらに、上記各実施形態例では、２本の接続光導波路１ｅ，１ｆにそれぞれ位相調整手段を設けたが、位相調整手段は１本の接続光導波路にのみ設けてもよい。また、位相調整手段の配設数も、１つずつあるいは２つずつとするとは限らず、適宜設定されるものである。
さらに、上記実施形態例では、光出力導波路と交差するようにスリット１２を形成したが、スリット１２は、光入力導波路と交差するように形成することもできる。
上述したように本発明によれば、光導波路層のコアにより形成したマッハツェンダ光干渉計回路の位相調整を行うことにより、例えば０〜１０ｄＢといった範囲内で高精度な光減衰量を得ることができ、かつ、マッハツェンダ光干渉計回路の１本の出力光導波路の長手方向途中部交差させたスリット内の一部にコアの屈折率に近似した屈折率を待つ液状の屈折率整合剤を設けて、この屈折率整合剤を必要に応じてスリット内で出力光導波路の伝搬光の通り道から待避する位置に移動させることにより、例えば３５ｄＢ以上の非常に高い光減衰量の状態とすることができる。
また、本発明において、２本の接続光導波路にはそれぞれ位相調整手段が設けられており、これらの位相調整手段により位相調整を行った際の、接続光導波路を伝搬する伝搬光の位相の偏波差の変化率を互いに異なるようにした構成によれば、それぞれの接続光導波路を伝搬してきた伝搬光の位相の偏波差が互いに等しくなるように２つの位相調整手段を制御することにより、より高い光減衰量まで低ＰＤＬで高精度に制御することができる。
さらに、本発明において、２本の接続光導波路にはそれぞれ位相調整手段が設けられており、これらの位相調整手段により位相調整を行った際の、接続光導波路の複屈折率の変化率を互いに異なるようにした構成によれば、それぞれの接続光導波路を伝搬してきた伝搬光の位相の偏波差が互いに等しくなるような複屈折率となるように２つの位相調整手段を制御することによって、より高い光減衰量まで低ＰＤＬで高精度に制御することができる。
さらに、本発明において、少なくとも一方の接続光導波路の位相調整手段の形成部位近傍に、位相調整手段により位相調整を行った際に接続光導波路に付与される応力を解放または増加させる構成を設けて、位相調整手段により位相調整を行った際の接続光導波路の複屈折率の変化率を互いに異なるようにした構成によれば、上記応力を解放または増加させる構成によって、容易に接続光導波路の複屈折率の変化率を設定することができる。
さらに、本発明において、少なくとも一方の接続光導波路の位相調整手段の形成部位は位相調整手段により位相調整を行った際に接続光導波路に付与される応力が解放される自由空間と間隔を介して接するように配置されている構成によれば、２つの位相調整手段によって位相調整を行った際の位相調整量に対する複屈折率の変化率を、応力解放によって互いに異なる値にすることができる。
さらに、本発明において、２本の接続光導波路にはそれぞれ加熱手段により形成された位相調整手段が設けられており、少なくとも一方の位相調整手段の形成部位の近傍には加熱手段により接続光導波路に加えられる熱が位相調整手段の近傍領域よりも外側に伝わることを抑制する断熱手段が形成されている構成によれば、接続光導波路の位相調整手段形成領域を効率的に加熱することができ、消費電力の低減を図ることができる。
さらに、本発明において、位相調整手段の形成部位を挟む両側の光導波路層は、接続光導波路と間隔を介した領域が該接続光導波路の長手方向に沿って光導波路層表面から基板表面に向かって除去されており、該光導波路層除去部が自由空間の応力解放の手段と成している構成によれば、光導波路層除去部により容易に、かつ、的確に自由空間の応力解放の手段を形成できる。
さらに、本発明において、２本の接続光導波路にはそれぞれ位相調整手段が設けられており、一方の位相調整手段と該位相調整手段に隣り合う光導波路層除去部との距離と、他方の位相調整手段と該位相調整手段に隣り合う光導波路層除去部との距離とを互いに異なるように形成した構成によれば、一方の位相調整手段と他方の位相調整手段によりそれぞれ位相調整を行ったときの接続光導波路の複屈折の変化率の違いを的確に形成することができる。
さらに、本発明において、位相調整手段の形成部位を挟む両側の光導波路層は、接続光導波路と間隔を介した領域が該接続光導波路の長手方向に沿って光導波路層表面から基板表面に向かって除去されており、該光導波路層除去部が断熱手段と成している構成によれば、光導波路層除去部によって容易に、かつ、的確に断熱手段を形成でき、位相調整手段の形成領域を効率的に加熱することができる。
さらに、互いに並設された接続光導波路の一方を第１の接続光導波路と成して他方を第２の接続光導波路と成し、これら第１と第２の接続光導波路にはそれぞれ長手方向に間隔を介して２つずつ位相調整手段を形成し、これらの位相調整手段と光導波路層除去部との距離を第１、第２の設定距離に設定した構成によれば、第１と第２の設定距離を適宜設定することにより、伝搬光の光減衰量の偏波依存性をほぼ解消することができ、かつ、消費電力の低減を図ることができる。
さらに、本発明において、光導波路層除去部は、光導波路層が光導波路層表面から基板表面に至るまで除去されて形成されている構成によれば、接続光導波路の位相調整手段形成領域の応力解放および断熱を効果的に行うことができる。
さらに、本発明において、光導波路層除去部の下部に対向する基板表面部位に基板を除去した基板除去部が形成されている構成によれば、接続光導波路の位相調整手段形成領域の応力解放および断熱をより一層効果的に行うことができる。
さらに、本発明において、基板除去部は、光導波路層除去部の下部を該光導波路層除去部の対向面間隔よりも広げる方向に切り込んだ断面矩形状の凹部とした構成によれば、接続光導波路の位相調整手段形成領域の応力解放および断熱をさらにより一層効果的に行うことができる。
さらに、本発明において、整合剤移動手段はスリット近傍に設けられた薄膜ヒータとした構成によれば、容易に整合剤移動手段を形成でき、的確に屈折率整合剤の移動を行うことができる。
さらに、本発明において、位相調整手段は接続光導波路上に設けられた薄膜ヒータとした構成によれば、容易に位相調整手段を形成でき、熟光学効果により容易に接続光導波路を伝搬する光の位相を変化させることができる。
さらに、本発明において、光導波路層は石英系ガラスにより形成されている構成によれば、挿入損失が低く、信頼性の高い平面光導波回路型光可変減衰器を実現できる。
さらに、本発明において、基板はシリコン基板とした構成によれば、放熱性が良く、接続光導波路の位相調整手段形成領域の応力解放が行いやすく、信頼性の高い平面光導波回路型光可変減衰器を実現できる。
さらに、本発明において、スリットはガラス板により封止されている構成によれば、屈折率整合剤の移動状況を容易に確認でき、信頼性の高い平面光導波回路型光可変減衰器を実現できる。
さらに、本発明において、ガラス板は接着剤によってスリットの周りの光導波路層に接着されている構成によれば、容易にスリットを封止することができる。
さらに、本発明において、ガラス板は低融点ガラスによってスリットの周りの光導波路層に接合されている構成によれば、容易にスリットを封止することができ、信頼性をより一層高くすることができる。
さらに、本発明において、ガラス板は該ガラス板および光導波路層表面に形成された金属膜同士を拡散接合させることによって、光導波路層に接合されている構成によれば、さらに高い信頼性を得ることができる。
さらに、本発明において、上記拡散接合によりガラス板を接合する構成において、金属膜は銅または銅合金とした構成によれば、光導波路特性に悪影響を与えずに高い信頼性で封止することができる。
さらに、本発明において、スリットには屈折率整合剤と共に不活性ガスが封入されている構成によれば、より一層高い信頼性を得ることができる。
（ａ）は本発明に係る平面光導波回路型光可変減衰器の第１実施形態例を示す要部構成図、（ｂ）は（ａ）のI−I線断面図、（ｃ）は（ａ）のII−II線断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は本発明に係る第１実施形態例の平面光導波回路型光可変減衰器の製造工程を図１のI−I線断面にて示す説明図である。 （ａ）〜（ｆ）は本発明に係る第１実施形態例の平面光導波回路型光減衰器の製造工程を図１のII−II線断面にて示す説明図である。 （ａ）は本発明に係る第１実施形態例の平面光導波回路型光可変減衰器の図１に示す状態と異なる動作状態を示す平面図、（ｂ）は図４（ａ）のII−II線から見た断面図である。 本発明に係る第１実施形態例の平面光導波回路型光可変減衰器において図１に示す状態における挿入損失およびＰＤＬと第１の位相シフタヘの電力投入量の関係を示すグラフである。 本発明に係る平面光導波回路型光可変減衰器の第２実施形態例を模式的な平面図により示す要部構成図である。 （ａ）は図６のIII−III線断面図、（ｂ）は図６のIV−IV線断面図、（ｃ）は図６のＶ−Ｖ線断面図である。 本発明に係る平面光導波回路型光可変減衰器の第３実施形態例の光シャッター部の屈折率整合剤の他の状態を示す断面図である。 （ａ）〜（ｈ）は本発明に係る第３実施形態例の平面光導波回路型光可変減衰器における光シャッター部の製造工程を示す断面図である。 （ａ）は従来の平面光導波回路型光可変減衰器を示す要部説明図、（ｂ）は図１０（ａ）のVI−VI線断面図である。 図１０に示す従来の平面光導波回路型光可変減衰器における位相シフタヘの電力投入量と挿入損失およびＰＤＬとの関係を示すグラフである。
符号の説明
１・・・コア(光導波路)
１ａ，１ｂ・・・入力光導波路
１ｃ、１ｄ・・・出力光導波路
１ｅ，１ｆ・・・接続光導波路
２・・・クラッド
３・・・光導波路層
４・・・基板除去部
５・・・光導波路層除去部
７・・・基板
８ａ，８ｂ，８ａ’，８ｂ’・・・位相調整手段
９ａ，９ａ’，１６ａ，１６ｂ・・・薄膜ヒータ
１１ａ，１１ｂ・・・整合剤移動手段
１２・・・スリット
１３・・・屈折率整合剤
１４・・・気体
２１ａ・・・光分岐部
２１ｂ・・・光結合部
３０・・・マッハツェンダ光干渉計回路

Claims (22)

  1. 基板と、該基板上に形成されたコアとクラッドとを有する光導波路層とを有し、
    前記コアにおいて、少なくとも１本の入力光導波路と、前記入力光導波路から入力された光の分岐を行う光分岐路と、少なくとも１本の出力光導波路と、前記出力光導波路の入力側に設けられた光結合部と、前記光結合部と前記光分岐部とを接続し且つ互いに間隔を介して並設される２本の接続光導波路とを有するマッハツェンダ光干渉計回路と、
    ２本の前記接続光導波路の少なくとも一方に設けられて伝搬光の位相を可変可能に調整する位相調整手段と、
    前記光入力導波路と前記光出力導波路の少なくとも一方の光導波路の長手方向途中部に該光導波路と交わる方向で前記光導波路層に形成されたスリットと、
    前記スリット内の一部に入れられて前記コアの屈折率の近似した屈折率を持つ液状の屈折率整合剤と、
    前記光入力導波路と前記光出力導波路の少なくとも一方の前記光導波路における伝搬光の通り道を含む位置と該伝搬光の通り道から外れた位置とのいずれかに前記屈折率整合剤をスリット内で移動させる整合剤移動手段と
    を備え、
    互いに並設された２本の前記接続光導波路のうち一方が第１の接続光導波路、他方が第２の接続光導波路であり、
    前記第１の接続光導波路には、前記位相調整手段である第１、第４の位相調整手段が長手方向に間隔をおいて順に形成され、
    前記第２の接続光導波路には、前記位相調整手段である第３、第２の位相調整手段が長手方向に間隔をおいて順に形成され、
    前記第１の位相調整手段は前記第３の位相調整手段と同一構成であり、
    前記第２の位相調整手段は前記第４の位相調整手段と同一構成であり、
    前記第１の位相調整手段の側方には第１の距離をおいて前記光導波路層の一部を除去してなる第１の凹部が光導波路層除去部として形成され、
    前記第３の位相調整手段の側方には前記第１の距離と実質的に等しい第３の距離をおいて前記光導波路層の一部を除去してなる第３の凹部が光導波路層除去部として形成され、
    前記第２の位相調整手段の側方には前記第１の距離とは異なる第２の距離をおいて前記光導波路層の一部を除去してなる第２の凹部が光導波路層除去部として形成され、
    前記第４の位相調整手段の側方には前記第２の距離と実質的に等しい第４の距離をおいて前記光導波路層の一部を除去してなる第４の凹部が光導波路層除去部として形成されている
    ことを特徴とする平面光導波回路型光可変減衰器。
  2. ２本の前記接続光導波路のそれぞれに設けられる前記位相調整手段は、２本の前記接続光導波路を伝搬する伝搬光の位相の偏波差の変化率を互いに異ならせて位相制御する位相制御手段であることを特徴とする請求項１に記載の平面光導波路回路型光可変減衰器。
  3. ２本の前記接続光導波路のそれぞれに設けられる前記位相調整手段は、２本の前記接続光導波路の複屈折率の変化率を互いに異ならせる複屈折率調整手段であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  4. ２本の前記接続光導波路の少なくとも一方に設けられる前記位相調整手段の形成部位から間隔をおいて、前記位相調整手段による位相調整の際に前記接続光導波路に付与される応力を解放または増加させるための応力調整部を設けたことを特徴とする請求項３記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  5. 前記応力調整部は、前記位相調整手段による位相調整の際に前記接続光導波路に付与される前記応力を解放する自由空間であって、前記位相調整手段から間隔をおいて前記光導波路層に形成されていることを特徴とする請求項４の記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  6. ２本の前記接続光導波路にはそれぞれ加熱手段を有する前記位相調整手段が設けられており、少なくとも一方の前記位相調整手段の形成部位から間隔をおいた領域には前記加熱手段により前記接続光導波路に加えられる熱の拡散を抑制する断熱手段が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項4のいずれかに記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  7. 位相調整手段の形成部位を挟む両側の前記光導波路層のうち前記接続光導波路から間隔をおいた領域には、前記光導波路層除去部が前記自由空間として前記接続光導波路の長手方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項５記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  8. ２本の前記接続光導波路にはそれぞれ前記位相調整手段が設けられており、一方の前記接続光導波路から第１の距離をおいて形成された前記光導波路層除去部と、他方の前記接続光導波路から前記第１の距離とは異なる第２の距離をおいて形成された別の前記光除去部とを有することを特徴とする請求項７記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  9. 前記断熱手段は、前記接続光導波路と間隔を介した領域で該接続光導波路の長手方向に沿って前記光導波路層が除去されてなる光導波路層除去部であることを特徴とする請求項６記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  10. 前記光導波路層除去部は、前記光導波路層の表面から前記基板の表面に至るまで除去されて形成されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  11. 前記基板には、前記光導波路層除去部の下部に連続して基板除去部が形成されていることを特徴とする請求項１０記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  12. 前記基板除去部は、前記光導波路層除去部の下部よりも幅が広い部分を有する凹状の断面形状を有することを特徴とする請求項１１記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  13. 前記整合剤移動手段は、前記スリットの少なくとも一部の周囲に設けられた薄膜ヒータを有することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  14. 前記位相調整手段は、前記接続光導波路上に設けられた薄膜ヒータを有することを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  15. 前記光導波路層は、石英系ガラスからなることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  16. 前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  17. 前記スリットは、ガラス板に封止されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  18. 前記ガラス板は、接着剤によって前記スリットの周りの前記光導波路層に接着されていることを特徴とする請求項１７記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  19. 前記ガラス板は、低融点ガラスによって前記スリットの周りの前記光導波路層に接合されていることを特徴とする請求項１７記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  20. 前記ガラス板と前記光導波路層との間には金属膜が介在し、前記金属膜を構成する金属の拡散によって前記ガラス板と前記光導波路層は接合されていることを特徴とする請求項１７記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  21. 前記金属膜は、銅と銅合金とのいずれかからなることを特徴とする請求項２０記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
  22. 前記スリットには、前記屈折率整合剤と共に不活性ガスが封入されていることを特徴とする請求項１乃至請求項２１のいずれかに記載の平面光導波回路型光可変減衰器。
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