JPH0694573A - 導波路デバイスの信号処理回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 導波路デバイスの各導波路毎の伝搬損失の相
違を補償して、各導波路から得られる検出信号の均等性
を向上させること。 【構成】 導波路デバイスの各導波路から検出される光
信号を個別に増幅させる増幅手段を備えたもの。この増
幅手段は、光信号自体、あるいはそれを光電変換した後
の検出信号自体を増幅させるもののいずれでも良い。更
に、この増幅手段を導波路デバイス基板に一体的に設け
ることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の導波路から出射
する光パワーを利用する導波路デバイスの信号処理回路
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光導波路を応用したさまざまなタ
イプの光導波路デバイスが提案、実用化されており、例
えば特開平４−２０８９１３号では、チャネル導波路が
形成されたデバイスを使用しており、複数に分岐された
シングルモード導波路からの出力を検出して光信号の処
理を行っている。これらの分岐導波路を有する光信号処
理回路では、光信号を各導波路に分岐することで複数の
異なる光情報信号として取り出すことを目的としてお
り、個々の分岐された導波路からの光信号を検出する際
には、例えば各々特性の揃った光検出素子、電流−電圧
変換回路等を使用してを検出し、さらに減算処理などを
行って信号処理を実施している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
な信号処理は、複数の導波路が互いに等価であるという
前提に基づいている。すなわち、各々の導波路が互いに
同一の信号を同様に伝搬しているものとの前提に基づい
て、検出された各々の光信号をそれぞれ同一の増幅率等
で処理して各信号を利用している。

【０００４】しかし、実際に作成された光導波路デバイ
スでは、例えば基板材料の不均一性、製造プロセスの不
安定性、ダイシング研磨の不均一性、実装時の汚れ等の
問題から、複数の導波路間の伝搬損失特性が互いに等価
であるデバイスは非常に少ないのが現状である。

【０００５】このため、複数の導波路からの光信号を検
出して信号処理した結果にも、個々の導波路毎の伝搬損
失特性の相違に基づく誤差が含まれ、結果として設計通
りに期待された特性が得られないことが多く、このこと
が導波路デバイスの歩留りを低くしている。

【０００６】本発明では、複数の導波路を有する導波路
デバイスにおける各導波路間の伝搬損失特性の不均一性
に基づく問題を解決するために、複数の導波路から出射
する光パワーが均等化されて検出される光導波路デバイ
スを得ること、並びにこのような導波路デバイスの生産
工程を簡略化し、さらに、導波路デバイス自体及びそれ
を利用した信号処理回路の小型化を図ることを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため本願
請求項１に記載の発明では、導波路デバイスに形成され
た複数の導波路を伝搬する光を個別に検出して処理する
導波路デバイスの信号処理回路において、前記各導波路
ごとの伝搬損失の不均等性を補償する利得調整手段を備
えている。

【０００８】次に、請求項２に記載の発明では、請求項
１に記載の導波路デバイスの信号処理回路において、前
記利得調整手段を前記導波路デバイスの基板上に設けて
いる。

【０００９】また、請求項３に記載した発明では、請求
項１又は２に記載した導波路デバイスの信号処理回路に
おいて、前記利得調整手段が、個々の導波路を伝搬する
光信号を検出して電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段で変換された電気信号を増幅する増幅
手段とを含むことを特徴とする。

【００１０】さらに、請求項４に記載した発明では、請
求項１又は２に記載した導波路デバイスの信号処理回路
において、前記利得調整手段が、個々の導波路を伝搬す
る光信号を増幅する光増幅手段を含むことを特徴とす
る。

【００１１】なお、前記利得調整手段としては、増幅手
段のほかに減衰手段、又はそれらの組み合わせを用いる
ことも可能である。

【００１２】

【作用】上記のように、請求項１に記載の発明では、導
波路ごとの伝搬損失の不均等性を補償する利得調整手段
を備えているため、導波路デバイスに形成された複数の
導波路を伝搬する光を個別に検出して処理する導波路デ
バイスの信号処理回路において、各導波路ごとの検出結
果相互間の誤差が、少なくともいずれか一方に対する利
得調整によって極めて少なくなる。

【００１３】請求項２に記載の発明では、前記利得調整
手段が前記導波路デバイスの基板上に一体的に設けら
れ、信号処理回路としての別基板を設けなくても導波路
デバイス上に一体集積して素子の小型化を図っている。

【００１４】請求項３に記載の発明では、前記利得調整
手段は個々の導波路を伝搬する光信号を検出して電気信
号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段で変換
された電気信号を増幅する増幅手段とを含み、検出電気
信号の増幅処理により導波路ごとの光信号伝搬損失の不
均等性が電気的に補償される。

【００１５】また、請求項４に記載の発明では、前記利
得調整手段は個々の導波路を伝搬する光信号を増幅する
光増幅手段を含み、光信号自体の増幅処理により導波路
ごとの光信号伝搬損失の不均等性が光学的に補償され
る。

【００１６】ところで、本発明における利得調整手段
は、その利得率を複数の導波路の伝搬損失特性の不均一
性を補償するように調整する事により、伝搬損失が不均
一な複数の導波路を均等な複数の導波路として扱えるよ
うにするものである。

【００１７】この利得率の決定にあたっては、期待され
た信号強度が得られるように試行錯誤的に利得率を変え
ても良い。また、デバイス構造が許せば、各導波路の出
射端から逆に光を入射して入射端から出射する光パワー
を測定すること等によって、複数の導波路の各々の伝搬
損失を求め、それらの不均一性を補償するように前記利
得率を設定しても良い。

【００１８】すなわち、Ｎ本の導波路からなるデバイス
があり、その各々の伝搬損失が、ｌｉ［ｄＢ］（ｉ＝
１，２，…，Ｎ）のとき、各伝搬路の光検出素子に設け
た増幅回路の利得率ａｉ［ｄＢ］（ｉ＝１，２，…，
Ｎ）を、ａｉ＝ｌｉ、とすることにより、いずれの導波
路の伝搬損失も見かけ上等しくなり、等価な導波路とし
て取扱うことができる。

【００１９】この場合、増幅後の各々の導波路の伝搬損
失は見かけ上零となるが、本発明の効果を得るために
は、見かけの伝搬損失を零にする必要はなく、互いに等
しければ良い。例えば、Ｎ本の導波路のうち一本には増
幅器を設けず、その他のＮ−１本の導波路に設けた増幅
器の利得率を調整して該各々の導波路の伝搬損失を、前
記増幅器の設けられていない１本の導波路の伝搬損失に
等しくするような利得調整手段により、見かけ上等価な
複数の導波路としてもよい。

【００２０】

【実施例】以下、実施例を通じ本発明をさらに詳しく説
明する。図１に、本発明の第一の実施例にかかる導波路
デバイスの信号処理回路をコンフォーカルレーザ走査微
分干渉顕微鏡に適用した場合の概略構成を示す。

【００２１】この実施例において、レーザーダイオード
１から出射した光は、ハーフミラー２で反射され、ＸＹ
２次元スキャニング手段３を介して、対物レンズ４に入
射し、物体面５に集光される。そして、物体面５で反射
された光は、再び対物レンズ４、ＸＹスキャニング手段
３を経て、ハーフミラー２を透過し、基板６上に形成さ
れたダブルモード導波路７の入射端面に集光される。ダ
ブルモード導波路７を伝搬した光は、導波路分岐領域８
で、２本の導波路９，１０に分配され、各々の導波路
９，１０を伝搬し、光検出器１１，１２に各々入射す
る。光検出器１１，１２では、各々に入射した光パワー
に比例した強度の電気信号を、増幅器１３，１４に各々
入力する。

【００２２】各増幅器１３，１４からの電気信号は差動
増幅回路１５に入力され、該増幅器の出力の差を検出し
その差に応じた信号が得られる。差動増幅回路１５から
の増幅された差信号は、制御手段１６により、ＸＹ２次
元スキャンニング手段３によって走査されるビームの物
体面５上の位置と対応されて画像化される。本実施例で
は、前記ダブルモード導波路７領域の長さをＬ、完全結
合長をＬｃとして、Ｌ＝Ｌｃ（２ｍ＋１）／２（ｍ＝
０，１，２，…）としているので、物体面５上の位相情
報の微分像を得ることが出来るものとなっている。

【００２３】増幅器１３と１４の増幅率は可変である
が、これらは各々次のようにして決定することができ
る。まず、位相情報を含まない物体を基準物体面として
用い、前記光検出素子１１，１２からの出力を調べたと
ころ、それぞれ、図２（ａ），（ｂ）のようであった。
これらの図において、横軸はいずれもＸＹ２次元スキャ
ニング手段３による２次元スキャニングのうちの１次元
のスキャニングでの物体面上の対応する同じ位置を示し
ており、縦軸は各々の光検出素子１１，１２からの出力
信号であり、そのスケールは両者で同じである。

【００２４】この図からも明らかなように、設計上は本
来等しくなるべき２つの光検出素子からの出力信号は、
導波路９と１０の間の伝搬損失率の相違のため、互いに
検出強度が異なったものとなっている。このため、差動
増幅回路１５からの出力信号は、本来零となるべきとこ
ろであるが零とはならない。

【００２５】次に、この基準物体面からの検出状態のま
ま、増幅器１３，１４の利得率を各々逐次変えていき、
差動増幅回路１５からの出力が零となるように、双方の
利得率を決定する。このようにして利得率を各々設定す
ることにより、位相変調情報を持つ物体を観察した場合
の光検出素子１１，１２からの出力信号自体（増幅器１
３及び１４への入力前の検出信号）が、図３（ａ）
（ｂ）に示す状態になっていても、これらの本質強度差
が増幅器１３及び１４で各々別個に増幅されて補償され
る。このため、差動増幅回路１５では、図３（ｃ）に示
すように、破線で示した差動増幅回路１５の増幅器の飽
和範囲内で微分信号のみを増幅することができ、設計ど
おりのデバイスとして使用することができる。

【００２６】比較のために、前記実施例において、増幅
器１３，１４の増幅率をそれぞれ等しくした場合（増幅
器がないものと同じ状態）の光検出素子１１，１２から
の出力信号と差動増幅回路１５からの出力信号を図４
（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示す。この場合、導波路
９，１０の伝搬損失の不均等性に基づく検出信号のシフ
トが差動信号に含まれているため、差動増幅回路１５の
増幅器を飽和させる問題が生じる。このため、上記実施
例と同程度の微分信号強度は得ることができず、この導
波路デバイスは設計どおりのデバイスとして使用できな
い。

【００２７】次に、図５を用い本発明の第二の実施例に
かかる光集積回路を説明する。なお、この図では光集積
回路の部分のみを示している。この実施例では、基板５
０６上には、ダブルモード導波路５０７及びそこから導
波路分岐領域５０８で分岐した導波路５０９，５１０が
設けられている。さらに、導波路５０９，５１０の出射
側端部には、光電検出器としてのフォトダイオード５１
１及び５１２と、そこからの検出電気信号が入力される
増幅回路５１３及び５１４が、各々基板５０６上に形成
されている。

【００２８】増幅回路５１３及び５１４には、ゲイン調
整用可変抵抗器５２１及び５２２が接続されており、増
幅回路５１３及び５１４の増幅率の変更が行えるように
なっている。また、増幅回路５１３及び５１４からの調
整検出信号は、各々出力端部５２５，５２６から出力さ
れる。

【００２９】本実施例のように、利得調整手段等を同一
基板上に集積化する場合には、基板材料としては一般的
なＧａＡｓやＩｎＰを利用した基板でもよいが、電気回
路等の構成を容易にするためにはＳｉ／ＳｉＯ₂ 基板等
が好ましく、Ｓｉ基板に電気回路を構成し、ＳｉＯ₂ 層
に導波路を形成すれば良い。

【００３０】このようにして作成した集積回路は、先の
実施例と同様な方法で、ゲイン調整用可変抵抗器５２１
及び５２２を調整することで、相互の導波路の伝搬損失
差を補償して検出信号出力の均等化を図ることができ
る。

【００３１】次に、本発明の第三の実施例に係る光集積
回路を図６を用いて説明する。この実施例では、検出電
気信号を増幅するのではなく、導波路中の光信号自体を
増幅（減衰）するものを示している。この集積回路に
は、基板６０６上にダブルモード導波路６０７及びそこ
から導波路分岐領域６０８で分岐した導波路６０９，６
１０が設けられている点は上記実施例と同様である。

【００３２】ただし、本実施例には、いわゆる分岐干渉
型光変調器が設けられている。すなわち、図に示すよう
に、本実施例では、導波路６０９，６１０がさらに各々
導波路６３１，６３２並びに導波路６３３，６３４に分
岐された後、各々出力側導波路６２５並びに６２６にま
とめられている。さらに、導波路６４１，６４２並びに
導波路６４２，６４３の上部には、電極６４１，６４２
並びに６４２，６４３が設けられており、電極６４１，
６４２への印加電圧Ｖ_a と電極６４２，６４３への印加
電圧Ｖ_b とが各々独自に調整可能な構成となっている。

【００３３】このため、本実施例では、この分岐干渉型
光変調器を利得調整手段として、印加電圧Ｖ_a ，Ｖ_b を
各々調整することで、出力側導波路６２５並びに６２６
から出射する光信号強度を調整可能である。したがっ
て、出力側導波路６２５並びに６２６からの光信号出力
を、そのまま光電変換することで、検出信号強度が互い
に均等化されたものとなる。

【００３４】この実施例における、印加電圧Ｖ_a ，Ｖ_b
の調整は、第一実施例と同様に基準物体等を検出するこ
とで、各々の出力光信号の強度が等しくなるように互い
に調整すれば良い。

【００３５】以上説明したように、本発明における利得
調整手段は、実施例に示したように光信号自体の利得調
整を行うものでも、光信号を検出した後の電気信号を増
幅するものでも、いずれの方式を採用してもよい。ま
た、以上の実施例では分岐された二本の導波路を有する
導波路デバイスについて述べたが、導波路が三本以上形
成されたものについても応用できることは言うまでもな
い。さらに、いずれか一本の導波路を基準導波路として
利得調整手段を設けず、他の導波路の光信号のみに対し
て利得調整手段を設けて基準導波路との伝搬損失の不均
等性の補償を行ってもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数の導波路を有する導波路デバイスを利用した信号処理
回路において、個々の導波路からの光信号強度が均等化
される利点がある。このため、均等な複数の導波路から
出射する光パワーを必要とし、該光パワーの各々を光検
出素子等で電気信号として取り出す光導波路デバイスの
信号処理回路において、導波路の伝搬損失の不均一性か
ら生じる検出誤差や検出不良の問題を解消することがで
きる。

【００３７】また、光導波路デバイスの製造時に発生す
る該複数導波路間の伝搬損失の不均等性を補償すること
ができるので、従来使用できなかったこれらの導波路デ
バイス自体も使用でき、導波路デバイスの製造における
歩留まりを向上できる利点もある。

【００３８】一方、請求項２に記載の発明では、これら
の利得調整手段を導波路デバイスと同一基板上に一体的
に設けているため、これらの利点を有する光導波路デバ
イスの信号処理回路をよりコンパクト化して提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例にかかる導波路デバイス
の信号処理回路を、コンフォーカルレーザ走査微分干渉
顕微鏡の概略構成図である。

【図２】図１に示す実施例における利得率調整前の基準
物体からの光信号強度を示す模式図である。

【図３】図１に示す実施例における光信号等の検出強度
を示す模式図であり、（ａ）（ｂ）光検出素子からの検
出信号強度を示し、（ｃ）は利得率調整を行った後の作
動増幅回路への入力信号を示す。

【図４】図１に示すの実施例における位相物体観察時の
光検出素子および差動増幅回路の主力の模式図であり、
各々利得率調整を行っていない状態を示している。

【図５】本発明の第二の実施例に係る光集積回路の概略
構成図である。

【図６】本発明の第三の実施例に係る光集積回路の概略
構成図である。

【符号の説明】

６，５０６，６０６…基板、 ７，５０７，６０７…ダブルモード導波路、 ８，５０８，６０８…導波路分岐領域、 ９，１０，５０９，５１０，６０９，６１０…分岐導波
路、 ６３１，６３２，６３３，６３４…再分岐導波路、 １１，１２，５１１，５１２…光検出素子（フォトダイ
オード）、 １３，１４，５１３，５１４…増幅回路、 ５２１，５２２…ゲイン調整可変抵抗、 ６４１，６４２，６４３，６４４…電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導波路デバイスに形成された複数の導波路
   を伝搬する光を個別に検出して処理する導波路デバイス
   の信号処理回路において、 前記各導波路ごとの伝搬損失の不均等性を補償する利得
   調整手段を備えたことを特徴とする導波路デバイスの信
   号処理回路。
2. 【請求項２】前記利得調整手段が、前記導波路デバイス
   の基板上に設けられていることを特徴とする請求項１に
   記載の導波路デバイスの信号処理回路。
3. 【請求項３】前記利得調整手段が、個々の導波路を伝搬
   する光信号を検出して電気信号に変換する光電変換手段
   と、前記光電変換手段で変換された電気信号を増幅する
   増幅手段とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記
   載した導波路デバイスの信号処理回路。
4. 【請求項４】前記利得調整手段が、個々の導波路を伝搬
   する光信号を増幅する光増幅手段を含むことを特徴とす
   る請求項１又は２に記載した導波路デバイスの信号処理
   回路。