JPWO2008117713A1 - 光導波路素子の光軸調整方法及び光導波路素子 - Google Patents

Abstract

光導波路素子の製造や光導波路素子と入力導波手段との調芯などの歩留まりを改善し、Ｙ分岐導波路における分岐比を均等化することが可能な光導波路素子の光軸調整方法を提供することであり、その結果、構造が複雑化することを抑制すると共に、小型化できる光導波路素子を提供可能とすることを目的とする。基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路６と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路７とを有する光導波路素子５と、該光導波路素子５に光波を入力する入力導波手段３を接続する際の光軸調整方法において、該入力導波手段３を介して該直線導波路に広帯域光又は波長の異なる２以上の単波長光（光源１，２）を入力し、該Ｙ分岐導波路の各分岐アーム８，９から出力される光波１０，１１の光強度が略等しくなるように、光導波路素子５と入力導波手段３との光軸を調整することを特徴とする光導波路素子の光軸調整方法である。

Description

本発明は、光導波路素子の光軸調整方法及び光導波路素子に関し、特に、基板にＹ分岐導波路を有する光導波路を形成した光導波路素子の光軸調整方法及び光導波路素子に関する。また、本発明は光通信や光計測等の分野に利用可能であって、入力された光を複数に分岐する分岐部を有する光導波路素子の光軸調整方法及び光導波路素子に関する。

光分岐部を有する光導波路素子においては、該光導波路素子からの光出力強度が、該光導波路素子に入力する光波の波長によらず、均等に分岐されることが好ましい。しかしながら、実際の光導波路素子では、その作製誤差、入射ファイバと素子側の光導波路との位置、モードフィールド形状の不一致などにより、高次モード光やリーキーなモード光が励振され、分岐部における光出力強度の分岐比が均等（１対１）からずれることとなる。また、このような分岐構造でマッハツェンダー型光導波路を有する光変調器を構成すると、ＯＮ／ＯＦＦの消光比が劣化する原因となる。

これまでの光導波路素子においては、この光の分岐比を均等にするため、通常、分岐までの導波路長を長くすることで対応していた。このように導波路長を長くすることにより分岐比に影響のある高次モード光などを光波が分岐部に到達する前に、導波路外に放出させることが可能となる。図７に示すように、分岐までの導波路長（伝搬距離）を３ｍｍより長くすると、ＯＮ／ＯＦＦ消光比（実線）を−２０ｄＢ程度、分岐後の損失差（点線）を−０．１ｄＢの範囲内に保つことが可能となる。

他にも、以下の特許文献１乃至３に示すように光導波路の形状を工夫し、光の分岐比を均等にする試みが行なわれている。
特許文献１では、Ｙ分岐導波路に至る前の光導波路部分に、低等価屈折率導波路部を設けることが開示されている。この低等価屈折率導波路部で、高次モード光やリーキーなモード光を光導波路から基板内に放射し、基底モード光のみが伝搬することで光強度の分岐比が均等になるように調整されている。
特開平４−１７２３０８号公報

特許文献１の方法では、分岐部の前に低等価屈折率導波路部を設けるため、分岐部前の導波路長をより長くすることが必要となり、光導波路素子全体を小型化することが困難である。

特許文献２では、入射導波路と分岐部との間の光導波路や分岐導波路の断面形状及び長さを規定することで、分岐比の波長依存性を抑制し、均等化を図ることが行なわれている。
特開２００５−３２６６５７号公報

特許文献２の方法では、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit：プレーナ光波回路）などの３次元型導波路を利用する場合であれば、光導波路の断面形状を特定の形状に加工することは可能であるが、ニオブ酸リチウムなどの基板上にＴｉなどの拡散物質を熱拡散させて光導波路を形成する、所謂、拡散型導波路においては、光導波路の断面形状を特定の形状に加工することは困難である。

特許文献３では、分岐部の前の光導波路に、高次モード光を除去するための分岐した光導波路を配置することが開示されている。
特開２００５−１８１７４８号公報

特許文献３の方法では、通常の光導波路に追加して、高次モード光を除去するための光導波路を別途設ける必要があり、光導波路素子の製造歩留まりの劣化を来たす原因ともなっている。

また、これらの光導波路の形状を調整する方法以外にも、分岐導波路から出射する光波の光強度を測定したり、マッハツェンダー型光導波路から出射する光波に関する光強度変化あるいは光導波路に印加する屈折率（または光の位相）を変化させる手段（例えば、電気光学効果を有する基板では電圧）に対する光導波路からの出力光強度特性（「変調特性」という）をオシロスコープでリサージュ波形として観察しながら、光導波路素子と入力導波手段との光軸を調整すること（「調芯」という）を行い、分岐比のずれを抑制することが行われている。

しかしながら、従来のような調芯方法では、半導体レーザーなどの特定の単一波長を有する光源を一つ用いて調芯しているため、特定波長においては分岐比が適正に設定されているにも拘らず、使用する波長が変化したり、温度変化などで光導波路素子の状態が変化した場合には、分岐比ズレが生ずることとなり、光導波路素子と入力導波手段との調芯に係る製造歩留まりが劣化する原因となっていた。

他方、製造された光導波路素子の特性を評価する方法においても、光導波路素子内のＹ分岐導波路の特性、特に分岐比が適正か否かを判断することが重要である。この光導波路素子の特性評価方法においても、上述した光軸調整方法と同様に、半導体レーザーなどの特定の単一波長を有する光源を一つ用いてＹ分岐導波路の特性を評価しているため、特定波長においては分岐比が適正と評価された場合でも、使用する波長が変化したり、温度変化などで光導波路素子の状態が変化した場合には、分岐比ズレが生ずる場合があった。このため、入力する光波長や温度に対する特性を評価する必要があり、より簡便な評価が求められている。

本発明が解決しようとする課題は、上述の問題を解消するため、光導波路素子の製造や光導波路素子と入力導波手段との調芯などの歩留まりを改善し、Ｙ分岐導波路における分岐比を均等化することが可能な光導波路素子の光軸調整方法を提供することであり、その結果、構造が複雑化することを抑制すると共に、小型化できる光導波路素子を提供可能とすることである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路とを有する光導波路素子と、該光導波路素子に光波を入力する入力導波手段を接続する際の光軸調整方法において、該入力導波手段を介して該直線導波路に広帯域光又は波長の異なる２以上の単波長光を入力し、該Ｙ分岐導波路の各分岐アームから出力される光波の光強度が略等しくなるように、光導波路素子と入力導波手段との光軸を調整することを特徴とする光導波路素子の光軸調整方法である。
なお、本発明における「略等しく」とは、分岐比が完全に１対１となる場合に限定されず、光導波路素子の利用分野毎に期待される作用効果として、分岐比が１対１である場合と遜色無い作用効果を有する分岐比までも含むという意味である。

請求項２に係る発明は、基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路とを有する光導波路素子と、該光導波路素子に光波を入力する入力導波手段を接続する際の光軸調整方法において、該入力導波手段を介して該直線導波路に広帯域光又は波長の異なる２以上の単波長光を入力し、該Ｙ分岐導波路の各分岐アームから出力される光波を合波し、合波後の光波の光強度又はリサージュ特性（変調特性）の少なくとも一方を測定して、光導波路素子と入力導波手段との光軸を調整することを特徴とする光導波路素子の光軸調整方法である。
本発明の「光波の合波」は、分岐部と同一基板に形成された光導波路により実現される場合に限らず、異なる基板に形成したＹ分岐導波路同士を接続する場合や、Ｙ分岐部を形成した基板外で光ファイバー等の導波手段を用いて合波する場合も含むものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の光導波路素子の光軸調整方法において、該光導波路は、少なくとも該Ｙ分岐導波路から各分岐アームから出力される光波を合波する合波部分までを基板に形成したマッハツェンダー型光導波路であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２に記載の光導波路素子の光軸調整方法において、該光導波路は、少なくとも該Ｙ分岐導波路から各分岐アームから出力される光波を合波する合波部分までを基板に形成したネスト型光導波路であることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載の光導波路素子の光軸調整方法において、合波後の光波のＯＮ／ＯＦＦ特性のバラツキが１０ｄＢ以内となるように、該光導波路素子と該入力導波手段との光軸を調整することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光導波路素子の光軸調整方法において、該直線導波路の長さが導波する光波の波長の２０００倍以下又は３ｍｍ以下のいずれかであることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路とを有する光導波路素子において、該光導波路素子には、光波を入力する入力導波手段が接続され、該入力導波手段を介して該直線導波路に広帯域光又は波長の異なる２以上の単波長光を入力した際に、該Ｙ分岐導波路の各分岐アームから出力される光波の光強度が略等しくなるように、光導波路素子と入力導波手段との光軸が調整され、該直線導波路の長さが導波する光波の波長の２０００倍以下又は３ｍｍ以下のいずれかであることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路とを有する光導波路素子において、該光導波路素子には、光波を入力する入力導波手段が接続され、該入力導波手段を介して該直線導波路に広帯域光又は波長の異なる２以上の単波長光を入力した際に、該Ｙ分岐導波路の各分岐アームから出力される光波を合波し、合波後の光波の光強度又はリサージュ特性の少なくとも一方を測定して、光導波路素子と入力導波手段との光軸が調整され、該直線導波路の長さが導波する光波の波長の２０００倍以下又は３ｍｍ以下のいずれかであることを特徴とする。

請求項９に係る発明は、請求項８に記載の光導波路素子において、該光導波路は、少なくとも該Ｙ分岐導波路から各分岐アームから出力される光波を合波する合波部分までを基板に形成したマッハツェンダー型光導波路であることを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、請求項８に記載の光導波路素子において、該光導波路は、少なくとも該Ｙ分岐導波路から各分岐アームから出力される光波を合波する合波部分までを基板に形成したネスト型光導波路であることを特徴とする。

請求項１１に係る発明は、請求項８乃至１０のいずれかに記載の光導波路素子において、合波後の光波のＯＮ／ＯＦＦ特性のバラツキが１０ｄＢ以内となるように、該光導波路素子と該入力導波手段との光軸が調整されていることを特徴とする。

請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載の光導波路素子において、光波のＯＮ／ＯＦＦ特性のバラツキは、Ｏバンド、Ｅバンド、Ｓバンド、Ｃバンド、またはＬバンド、あるいはその組み合わせにおける波長範囲内で１０ｄＢ以内となるように、該光導波路素子と該入力導波手段との光軸が調整されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路とを有する光導波路素子と、該光導波路素子に光波を入力する入力導波手段を接続する際の光軸調整方法において、該入力導波手段を介して該直線導波路に広帯域光又は波長の異なる２以上の単波長光を入力し、該Ｙ分岐導波路の各分岐アームから出力される光波の光強度が略等しくなるように、光導波路素子と入力導波手段との光軸を調整するため、Ｙ分岐導波路における分岐比を均等化することが可能な光導波路素子の光軸調整方法を提供することが可能となる。特に、広帯域光又は波長の異なる２以上の単波長光を用いているため、広い波長範囲で分岐部の光強度分岐比が均等化できる。また、直線導波路において特殊な構造を必要としないため、光導波路素子全体を小型化することも可能となる。

請求項２に係る発明により、基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路とを有する光導波路素子と、該光導波路素子に光波を入力する入力導波手段を接続する際の光軸調整方法において、該入力導波手段を介して該直線導波路に広帯域光又は波長の異なる２以上の単波長光を入力し、該Ｙ分岐導波路の各分岐アームから出力される光波を合波し、合波後の光波の光強度又はリサージュ特性（変調特性）の少なくとも一方を測定して、光導波路素子と入力導波手段との光軸を調整するため、Ｙ分岐導波路における分岐比を均等化することが可能な光導波路素子の光軸調整方法を提供することが可能となる。また、直線導波路において特殊な構造を必要としないため、光導波路素子全体を小型化することも可能となる。さらに、Ｙ分岐導波路と光波の合波部も併せて基板に形成するマッハツェンダー型光導波路の場合には、分岐比を均等化できるため、光強度変調器として利用する際にはＯＮ／ＯＦＦに係る消光比が高い光変調器として提供することができる。

請求項３に係る発明により、光導波路は、少なくともＹ分岐導波路から各分岐アームから出力される光波を合波する合波部分までを基板に形成したマッハツェンダー型光導波路であるため、マッハツェンダー型光導波路を有する光導波路素子全体を小型化できると共に、ＯＮ／ＯＦＦに係る消光比が高い光変調器として提供することも可能となる。

請求項４に係る発明により、光導波路は、少なくともＹ分岐導波路から各分岐アームから出力される光波を合波する合波部分までを基板に形成したネスト型光導波路であるため、ネスト型光導波路を有する光導波路素子全体を小型化できると共に、変調特性の優れた光導波路素子を提供することが可能となる。

請求項５に係る発明により、合波後の光波のＯＮ／ＯＦＦ特性のバラツキが１０ｄＢ以内となるように、光導波路素子と入力導波手段との光軸を調整するため、光導波路素子を光強度変調器として使用する場合においては、ＯＮ／ＯＦＦに係る消光比をより一層高くすることが可能となり、変調特性の優れた光導波路素子を提供することが可能となる。

請求項６に係る発明により、直線導波路の長さが導波する光波の波長の２０００倍以下又は３ｍｍ以下のいずれかであるため、光導波路素子全体をより一層小型化することが可能となる。

請求項７に係る発明により、基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路とを有する光導波路素子において、該光導波路素子には、光波を入力する入力導波手段が接続され、該入力導波手段を介して該直線導波路に広帯域光又は波長の異なる２以上の単波長光を入力した際に、該Ｙ分岐導波路の各分岐アームから出力される光波の光強度が略等しくなるように、光導波路素子と入力導波手段との光軸が調整され、該直線導波路の長さが導波する光波の波長の２０００倍以下又は３ｍｍ以下のいずれかであるため、Ｙ分岐導波路における分岐比を均等化し、かつ小型化した光導波路素子を提供することが可能となる。

請求項８に係る発明により、基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路とを有する光導波路素子において、該光導波路素子には、光波を入力する入力導波手段が接続され、該入力導波手段を介して該直線導波路に広帯域光又は波長の異なる２以上の単波長光を入力した際に、該Ｙ分岐導波路の各分岐アームから出力される光波を合波し、合波後の光波の光強度又はリサージュ特性の少なくとも一方を測定して、光導波路素子と入力導波手段との光軸が調整され、該直線導波路の長さが導波する光波の波長の２０００倍以下又は３ｍｍ以下のいずれかであるため、光導波路素子を光強度変調器として使用する場合においては、ＯＮ／ＯＦＦに係る消光比が高く、かつ小型化した光導波路素子を提供することが可能となる。

請求項９に係る発明により、光導波路は、少なくともＹ分岐導波路から各分岐アームから出力される光波を合波する合波部分までを基板に形成したマッハツェンダー型光導波路であるため、マッハツェンダー型光導波路を有する光導波路素子全体を小型化できると共に、ＯＮ／ＯＦＦに係る消光比が高い光変調器として提供することも可能となる。

請求項１０に係る発明により、光導波路は、少なくともＹ分岐導波路から各分岐アームから出力される光波を合波する合波部分までを基板に形成したネスト型光導波路であるため、ネスト型光導波路を有する光導波路素子全体を小型化できると共に、変調特性の優れた光導波路素子を提供することが可能となる。

請求項１１に係る発明により、合波後の光波のＯＮ／ＯＦＦ特性のバラツキが１０ｄＢ以内となるように、光導波路素子と入力導波手段との光軸が調整されているため、光導波路素子を光強度変調器として使用する場合においては、ＯＮ／ＯＦＦに係る消光比をより一層高くすることが可能となり、変調特性の優れた光導波路素子を提供することが可能となる。

請求項１２に係る発明により、光波のＯＮ／ＯＦＦ特性のバラツキは、Ｏバンド、Ｅバンド、Ｓバンド、Ｃバンド、またはＬバンド、あるいはその組み合わせにおける波長範囲内で１０ｄＢ以内となるように、光導波路素子と入力導波手段との光軸が調整されているため、光導波路素子を使用する帯域に対応して、あるいは、より広い帯域に対応して、ＯＮ／ＯＦＦに係る消光比を高めた光導波路素子を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施例を示す概略図である。 本発明の第２の実施例を示す概略図である。 第２の実施例の変調曲線の一例を示す図である。 第２の実施例で測定されるＯＮ／ＯＦＦ消光比の波長依存性を示すグラフである。 複数の分岐導波路を有する光導波路素子を用いた実施例を示す概略図である。 ネスト型導波路を有する光導波路素子を用いた実施例を示す概略図である。 分岐までの導波路長（伝搬距離）に対するＯＮ／ＯＦＦ消光比（実線）と分岐後の損失差（点線）との変化を示すグラフである。

符号の説明

１，２，２０，４０，６０ 光源
３，２１，４１，６１ 入力導波手段
４，２２，４２，６２ 光軸調整方向
５，２３，４３，６３ 光導波路素子
６，２４，４４，６４ 直線導波路
７，２５，４５〜４９，６５ Ｙ分岐導波路
８，９，２６，２７ 分岐アーム
１０，１１，２９，５０，５１，６９ 出射光
１２，１３，３１，５２，５３，７１ 光検出器
２８，６８ 合波部
３０，７０ 発振器

本発明に係る光導波路素子の光軸調整方法、及び本発明に係る光導波路素子について、以下に説明する。
図１に、本発明の光導波路素子の光軸調整方法の第１の実施例について、概略を示す。
図１の光軸調整方法においては、基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路６と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路７とを有する光導波路素子５と、該光導波路素子５に光波を入力する入力導波手段３を接続する際の光軸調整方法において、該入力導波手段３を介して該直線導波路に異なる２以上の単波長光（λ１，λ２）を入力し、該Ｙ分岐導波路７の各分岐アーム８，９から出力される光波１０，１１の光強度が略等しくなるように、光導波路素子５と入力導波手段３との光軸を調整することを特徴とする。

本発明の「入力導波手段」とは、光ファイバだけを意味するものではなく、レンズ等の光学部品を用いて光導波路素子に絞り込んだ光波を導波させる手段も含むものである。以下では、光ファイバを用いた例を中心に説明する。

また、本発明における「光強度」は、本発明が上記異なる２以上の単波長光（λ１，λ２）又は後述する広帯域光のいずれかを利用するため、これら複数の波長の光が合わさった光波全体の光強度を検出する場合を意味するだけでなく、各波長毎又は複数の特定波長の光強度を測定し、各々を比較することも意味する。

図１では、波長の異なる光源１，２として、波長λ１及びλ２の光波を発生する半導体レーザーや発光ダイオード等が使用される。また、２つの光源１，２から出射された光波は、入力導波手段３から合波して出射する必要があるため、図１のように光カプラーなどの合波手段を設けたり、レンズ又はミラーなどの光学部品を用いて光学的に結合される。

合波された２つの光波は合わさって、光導波路素子５の直線導波路６に入力される。直線導波路６の端部にはＹ分岐導波路７が配置され、該Ｙ分岐導波路により直線導波路６を伝搬する光波は２つに分岐され、各分岐アーム８，９を伝搬し、光導波路素子５の外部に出射される。

外部に放出された光波１０，１１は、光強度モニタ（例えば、ＰＤやパワーメータなど）１２，１３で出射光１０，１１の光強度が検出される。

次に、光軸調整方法の手順について説明する。
（１）光導波路素子へ入力する光波の準備
光源１，２を駆動し入力導波手段３から異なる２つの波長を有する光波を出射させる。
（２）上記（１）の光波の直線導波路への導入と位置調整（調芯）
入力導波手段３を直線導波路の端部に配置すると共に、光強度モニタ１２，１３で各分岐アームから出射する光波の光強度を観測しながら、入力導波手段３の位置を、例えば矢印４のように移動させる。
（３）光軸位置の決定
光強度モニタ１２及び１３の光強度が同じとなる、光導波路素子に対する入力導波手段３の位置が、最適な場所と判断され、光軸調整が完了する。なお、光軸調整後は、必要に応じて溶接、半田、接着剤等で、光学部品自体やその支持部材などが筐体等に固定される。

図１において、光源は２つに限らず、また、光源の波長としては、近接した波長ではなく、ある程度離れた波長、例えば、使用を想定している波長範囲の上限波長と下限波長などに設定することが望ましい。
また、それぞれの光源の光強度についても、略等しく設定することが望ましい。光源の偏波についても、調芯する光導波路素子に偏波依存性がある場合には、各光源の偏波を調整してから入力することが望ましい。

このように、異なる２以上の波長を有する光波を用いて光軸調整をしているため、広い波長範囲で分岐部の光強度分岐比が均等化できる。また、光軸調整でＹ分岐導波路の分岐比を調整しているため、直線導波路６において特殊な構造を必要としないため、例えば、直線導波路６の長さを３ｍｍ以下又は使用光波長の２０００倍以下に設定しても、適正な分岐比を確保できることが確認されており、このように光導波路素子全体を小型化することも可能となる。

次に、本発明の光導波路素子の光軸調整方法に係る第２の実施例について、図２を用いて説明する。
第２の実施例は、基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路２４と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路２５とを有する光導波路素子２３と、該光導波路素子に光波を入力する入力導波手段２１を接続する際の光軸調整方法において、該入力導波手段２１を介して該直線導波路２４に広帯域光（光源２０）を入力し、該Ｙ分岐導波路２５の各分岐アーム２６，２７から出力される光波を合波（合波部２８）し、合波後の光波２９の光強度又はリサージュ特性（変調特性）の少なくとも一方を測定して、光導波路素子２３と入力導波手段２１との光軸を調整するため、Ｙ分岐導波路２５における分岐比を均等化することが可能な光導波路素子の光軸調整方法を提供することが可能となる。

図２では、光導波路素子として、電気光学効果を持つＬｉＮｂＯ_３基板などにＴｉなどを拡散させて作製した、マッハツェンダー干渉計型導波路素子を例示している。このような同一基板にマッハツェンダー型光導波路を有する光導波路素子に限らず、別基板に形成した図１に示した１つのＹ分岐導波路を有する光導波路素子５同士を接続する場合や、Ｙ分岐導波路を形成した基板外で光カプラーなどの分岐アーム８，９から出射する光波を合波する導波手段（不図示）を接続した場合でも、この第２の実施例と同様に光軸調整を行なうことができる。

基本的な光軸調整方法の手順は、第１の実施例と同じであるが、第２の実施例の特徴は、光源２０に白色光源などの広帯域光源、例えば、広帯域な波長範囲を持つＳＬＤ（Super Luminescent Diode）光源を用いることである。
また、図２では、光導波路素子２３から出射する光波２９を光検出器３１で受け、該光検出器３１の信号と、光導波路素子２３を駆動する発振器３０からの信号とを、それぞれオシロスコープ３２のＹ軸端子やＸ軸端子に入力し、オシロスコープ３２の変調曲線を見ながら入力導波手段である入射ファイバ２１を矢印２２の方向などに動かし、調芯する。

このようにオシロスコープを用いてリサージュ特性を観察するだけでなく、光検出器３１により光波２９の光強度を測定し、その強度変化を観察しながら光軸調整を行なうことも可能である。
光強度は、上述した広帯域光を用いる場合には、複数の波長光を含む光波全体の光強度を検出することが可能であるが、これに限らず、複数の特定波長に着目し、各波長毎の光強度を検出することも可能である。また、後述するように、広帯域光に替えて、異なる２以上の単波長光を利用する場合も同様である。

光強度を測定する場合には、光波の強度を測定し、その消光比が最大となるように光軸を調整することが好ましい。

リサージュ特性を用いて光軸を調整する場合について説明する。
オシロスコープで測定した変調曲線の例を図３に示す。図３（ａ）は、Ｙ分岐導波路２５の分岐比が１対１からずれた状態を示しており、通常、このような場合には変調曲線の光出力強度の最小値ΔＰは０とはならず、分岐比が１対１の場合の理想値は、図３（ｂ）のように変調曲線の光出力強度の最小値が０となる。
ただし、光導波路素子に入力する光波が広帯域光源であることから、特定の波長では合波された光波の光出力強度の最小値が０となっても、同じ電圧で他の波長の最小値が０と成るとは限らない。実際には、測定範囲の電圧に対して合波された光波の最小値ΔＰは数個測定できるが、すべてのΔＰが０とはならない。このため、測定範囲の電圧に対して、複数個測定できるΔＰとなる点を全体的に最小（複数個のΔＰ値の総和が最小）となる状況で光軸調整を行なうことが好ましい。

第２の実施例のように、Ｔｉを熱拡散することで形成したマッハツェンダー型光導波路を有する光導波路素子などの場合であっても、入力導波手段２１の光軸調整でＹ分岐導波路２５の分岐比を均等化できるため、直線導波路２４において特殊な構造を必要とせず、第１の実施例と同様に、光導波路素子全体を小型化することが可能となる。さらに、マッハツェンダー型光導波路の場合には、分岐比を均等化できるため、光導波路素子を光強度変調器として利用する際にはＯＮ／ＯＦＦに係る消光比が高い光変調器を提供することができる。

図４に、Ｘ−ｃｕｔのＬｉＮｂＯ_３基板上にマッハツェンダー型導波路を形成した光素子を、ＤＦＢ−ＬＤとＳＬＤ光源を用いてそれぞれ調芯し、調芯した状態で波長特性を測定した結果を示す。横軸は測定用に入力した光波の波長であり、縦軸は各光波毎のＯＮ／ＯＦＦ消光比の値を表示している。この図４を見ると、ＤＦＢ−ＬＤで調芯した場合は、特定の波長（例えば１６００ｎｍ）付近では良好な消光比特性を示しているが、特定の波長からずれてくると特性が劣化している。一方、ＳＬＤ光源で調芯した場合には、広い波長範囲でほぼ一定の特性（ＯＮ／ＯＦＦ消光比の変動が１０ｄＢ以下）を示していることが理解される。

上述の光軸調整では、異なる２以上の単波長光又は広帯域光を用いる例を示したが、これらの光波に限らず、例えば、国際電気通信連合（ＩＴＵ−Ｔ）で標準化された波長帯域である、Ｏバンド（Ｏｒｉｇｎａｌ−ｂａｎｄ：１２６０〜１３６０ｎｍ）、Ｅバンド（Ｅｘｔｅｎｄｅ−ｂａｎｄ：１３６０〜１４６０ｎｍ）、Ｓバンド（Ｓｈｏｒｔ−ｂａｎｄ：１４６０〜１５３０ｎｍ）、Ｃバンド（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ―ｂａｎｄ：１５３０〜１５６５ｎｍ）、Ｌバンド（Ｌｏｎｇ−ｂａｎｄ：１５６５〜１６２５ｎｍ）などの使用帯域に合った光波を使用して光軸調整を行うことが可能である。また、必要に応じてこれら光波の帯域を組み合せて使用することや一つのバンド内の特定範囲で使用することも可能である。これにより、実際使用する光波の帯域において、Ｙ分岐導波路の分岐比が略等しい、あるいは、ＯＮ／ＯＦＦ消光比の変動バラツキを１０ｄＢ以下とすることが可能となる。

図５には、複数に分岐した光導波路を有する光導波路素子４３に対する光軸調整を行う場合の例を示している。基本的な光軸調整方法は、上述した第１及び第２の実施例と同様である。
図５では、光源４０として第２に実施例で使用したＳＬＤ光源を用いている。また、測定部分では、第１の実施例で使用した光強度モニタ５２及び５３を用いている。光強度モニタの数は２つに限らないが、光軸調整を行なう際に着目するＹ分岐導波路から対称に分岐した分岐アームを特定し、該分岐アームから出射する光波５０，５１の光強度を対比する必要がある。

図５では、Ｙ分岐導波路４５に着目して、入力導波手段４１の光軸調整（例えば、矢印４２の方向での位置調整）を行なっているが、それ以外のＹ分岐導波路（例えば、符号４６〜４９など）に着目して光軸調整を行なうことも可能である。

図６には、ネスト型光導波路を有する光導波路素子６３に対する光軸調整を行う場合の例を示している。基本的な光軸調整方法は、上述した第２の実施例と同様であり、光源には、第１の実施例と同様に異なる２つ以上の単波長光を用いることも可能である。

ネスト型光導波路は、直線導波路６４及びＹ分岐導波路６５を含むメイン・マッハツェンダー型導波路と、該メイン・マッハツェンダー型導波路の各分岐アームにサブ・マッハツェンダー型導波路６６，６７を組み込んだ構成となっている。

第２の実施例と同様に、入力導波手段６１を介して該直線導波路６４に広帯域光（光源６０）を入力し、該Ｙ分岐導波路６５の各分岐アームに設けられたサブ・マッハツェンダー型導波路６６，６７から出力される光波を合波（合波部６８）し、合波後の光波６９の光強度又はリサージュ特性（変調特性）の少なくとも一方を測定して、光導波路素子６３と入力導波手段６１との光軸を調整するため、Ｙ分岐導波路６５における分岐比を均等化することが可能な光導波路素子の光軸調整方法を提供することが可能となる。

図６では、光導波路素子６３から出射する光波６９を光検出器７１で受け、該光検出器７１の信号と、光導波路素子６３を駆動する発振器７０からの信号とを、それぞれオシロスコープ７２のＹ軸端子やＸ軸端子に入力し、オシロスコープ７２の変調曲線を見ながら入力導波手段である入射ファイバ６１を矢印６２の方向などに動かし、調芯する。

本発明は、光導波路素子の光軸調整方法だけでなく、該光軸調整方法を用いて製造した光導波路素子を含むものであり、本発明に係る光導波路素子は、光導波路の入射側の直線導波路の長さを導波する光波の２０００倍以下又は３ｍｍ以下とすることが可能なため、極めて小型の光導波路素子を提供することが可能である。しかも、Ｙ分岐導波路の分岐比をほぼ１対１とすることが可能であるため、ＯＮ／ＯＦＦ消光比などの光学特性に優れた光導波路素子を提供することができる。

さらに、本発明に係る光導波路素子の光軸調整方法は、光導波路素子自体あるいは光導波路素子に光ファイバーなどの入出力用の導波手段を接続した光導波路素子モジュールなどの特性評価を行う場合にも、上述した光軸調整方法に使用した分岐比に係る測定方法が使用できる。
例えば、光導波路素子の特性評価を行う場合には、第１の実施例の光軸調整方法を利用して、光導波路素子の直線導波路６に、異なる２つ以上の波長を有する光波を入力し、光導波路素子から出射する光波の光強度を測定することで、Ｙ分岐導波路７の分岐比を正確に測定することが可能となる。そして、その測定値に基づき光導波路素子の特性を評価できる。

また、光導波路素子がマッハツェンダー型光導波路を有する場合には、第２の実施例の光軸調整方法を利用して、光導波路素子２３の直線導波路２４に白色光を入力し、該光導波路素子からの出射光をオシロスコープなどでモニタすることで、Ｙ分岐導波路２５の分岐比を評価することが可能となる。
上記では、光導波路素子自体の特性評価であるが、光導波路素子モジュールについても同様に特性評価できることは言うまでもない。

本発明の光導波路素子の光軸調整方法並びに特性評価方法は、上述した実施例に限定されるものではなく、例えば、第１の実施例の光源をＳＬＤなどの白色光源で行なったり、また、第２の実施例の光源を複数の半導体レーザーで構成し、異なる２つ以上の波長を有する光源を利用することも可能である。

本発明によれば、光導波路素子の製造や光導波路素子と入力導波手段との調芯などの歩留まりを改善し、Ｙ分岐導波路における分岐比を均等化することが可能な光導波路素子の光軸調整方法を提供することであり、その結果、構造が複雑化することを抑制すると共に、小型化できる光導波路素子を提供可能となる。

Claims (12)

1. 基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路とを有する光導波路素子と、
   該光導波路素子に光波を入力する入力導波手段を接続する際の光軸調整方法において、
   該入力導波手段を介して該直線導波路に広帯域光又は波長の異なる２以上の単波長光を入力し、
   該Ｙ分岐導波路の各分岐アームから出力される光波の光強度が略等しくなるように、光導波路素子と入力導波手段との光軸を調整することを特徴とする光導波路素子の光軸調整方法。
2. 基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路とを有する光導波路素子と、
   該光導波路素子に光波を入力する入力導波手段を接続する際の光軸調整方法において、
   該入力導波手段を介して該直線導波路に広帯域光又は波長の異なる２以上の単波長光を入力し、
   該Ｙ分岐導波路の各分岐アームから出力される光波を合波し、合波後の光波の光強度又はリサージュ特性の少なくとも一方を測定して、光導波路素子と入力導波手段との光軸を調整することを特徴とする光導波路素子の光軸調整方法。
3. 請求項２に記載の光導波路素子の光軸調整方法において、該光導波路は、少なくとも該Ｙ分岐導波路から各分岐アームから出力される光波を合波する合波部分までを基板に形成したマッハツェンダー型光導波路であることを特徴とする光導波路素子の光軸調整方法。
4. 請求項２に記載の光導波路素子の光軸調整方法において、該光導波路は、少なくとも該Ｙ分岐導波路から各分岐アームから出力される光波を合波する合波部分までを基板に形成したネスト型光導波路であることを特徴とする光導波路素子の光軸調整方法。
5. 請求項２乃至４のいずれかに記載の光導波路素子の光軸調整方法において、合波後の光波のＯＮ／ＯＦＦ特性のバラツキが１０ｄＢ以内となるように、該光導波路素子と該入力導波手段との光軸を調整することを特徴とする光導波路素子の光軸調整方法。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の光導波路素子の光軸調整方法において、該直線導波路の長さが導波する光波の波長の２０００倍以下又は３ｍｍ以下のいずれかであることを特徴とする光導波路素子の光軸調整方法。
7. 基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路とを有する光導波路素子において、
   該光導波路素子には、光波を入力する入力導波手段が接続され、
   該入力導波手段を介して該直線導波路に広帯域光又は波長の異なる２以上の単波長光を入力した際に、該Ｙ分岐導波路の各分岐アームから出力される光波の光強度が略等しくなるように、光導波路素子と入力導波手段との光軸が調整され、該直線導波路の長さが導波する光波の波長の２０００倍以下又は３ｍｍ以下のいずれかであることを特徴とする光導波路素子。
8. 基板に光導波路を形成し、該光導波路は少なくとも直線導波路と該直線導波路から分岐するＹ分岐導波路とを有する光導波路素子において、
   該光導波路素子には、光波を入力する入力導波手段が接続され、
   該入力導波手段を介して該直線導波路に広帯域光又は波長の異なる２以上の単波長光を入力した際に、該Ｙ分岐導波路の各分岐アームから出力される光波を合波し、合波後の光波の光強度又はリサージュ特性の少なくとも一方を測定して、光導波路素子と入力導波手段との光軸が調整され、該直線導波路の長さが導波する光波の波長の２０００倍以下又は３ｍｍ以下のいずれかであることを特徴とする光導波路素子。
9. 請求項８に記載の光導波路素子において、該光導波路は、少なくとも該Ｙ分岐導波路から各分岐アームから出力される光波を合波する合波部分までを基板に形成したマッハツェンダー型光導波路であることを特徴とする光導波路素子。
10. 請求項８に記載の光導波路素子において、該光導波路は、少なくとも該Ｙ分岐導波路から各分岐アームから出力される光波を合波する合波部分までを基板に形成したネスト型光導波路であることを特徴とする光導波路素子。
11. 請求項８乃至１０のいずれかに記載の光導波路素子において、合波後の光波のＯＮ／ＯＦＦ特性のバラツキが１０ｄＢ以内となるように、該光導波路素子と該入力導波手段との光軸が調整されていることを特徴とする光導波路素子。
12. 請求項１１に記載の光導波路素子において、光波のＯＮ／ＯＦＦ特性のバラツキは、Ｏバンド、Ｅバンド、Ｓバンド、Ｃバンド、またはＬバンド、あるいはその組み合わせにおける波長範囲内で１０ｄＢ以内となるように、該光導波路素子と該入力導波手段との光軸が調整されていることを特徴とする光導波路素子。

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