光導波路
【課題】本発明の目的は、溝を形成したリッジ構造型光導波路において、高温高湿試験（８５℃８５％）でも、複屈折が変動せず、偏波依存周波数差（ＰＤｆ）が長期間で変動しない、信頼性の高い光導波路を提供する。
【解決手段】本発明の光導波路は、基板上に作製された光導波路において、上記光導波路の一部に、上記光導波路の両脇に一対の溝が設けられ、上記溝が設けられた部分の上記光導波路の複屈折の値が極小となるような溝の間隔をＷとしたとき上記溝の間隔がＷであるか、または上記溝の深さの距離をＨとしたとき、上記溝の間隔がＨと等しいことを特徴とする。
【解決手段】本発明の光導波路は、基板上に作製された光導波路において、上記光導波路の一部に、上記光導波路の両脇に一対の溝が設けられ、上記溝が設けられた部分の上記光導波路の複屈折の値が極小となるような溝の間隔をＷとしたとき上記溝の間隔がＷであるか、または上記溝の深さの距離をＨとしたとき、上記溝の間隔がＨと等しいことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複屈折の経時変化を抑制した光導波路およびそれを使用したマッハツェンダ干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信に使用される光導波路部品において、マッハツェンダ干渉計回路（以下では、ＭＺＩ）は、光減衰器やＤＰＳＫ信号の受信回路に広く使用されており、重要な回路となっている。これは、２つの結合器とそれらを結ぶアーム導波路とアーム導波路の上に形成された薄膜ヒータからなる。図１１は、結合器に多モード干渉計（ＭＭＩ）を使用した場合の、マッハツェンダ干渉計回路１１００を示している。図１１において、マッハツェンダ干渉計回路１１００は、光導波路１１０１と、多モード干渉計１１０２と、ヒータ１１０３とを備える。
【０００３】
以下では、マッハツェンダ干渉計の動作原理とその偏波依存性について簡単に説明する。
入力Ｉ１→出力Ｏ１をスルーパス、入力Ｉ１→出力Ｏ２をクロスパスと定義した際、公知の干渉原理によって、それらの光出力（ＯTHROUGH、ＯCROSS）は、下式のように記述できる。（ここでは結合器の結合率は、５０％とした。）
【０００４】
【数１】
【０００５】
【数２】
【０００６】
尚、Ｉ0は入力光の光強度、ｎは実効屈折率、ΔＬは２本のアーム導波路の長さの差、ｆは光周波数、ｃは光速を示す。
【０００７】
例えば、ＤＰＳＫ受信回路の場合、前段の結合器で分離した後、一方のアーム導波路を伝播する光信号を他方の信号に比較して、１ビット遅延させた後、後段の結合器で干渉させ、位相検出を行う。その際、１ビット遅延を与えるために２本のアーム導波路に長さの差（ΔＬ）を設定する必要がある。また、ヒータ１１０３は遅延量のずれを補正するために利用される。
【０００８】
このようなデバイスに使用される光導波路の作製方法としては、例えば次のようなものがある。
【０００９】
シリコン基板上に火炎堆積法を使用して、石英ガラスを主体とした下部アンダークラッド層、および、石英ガラスにゲルマニウムを添加したコア層を堆積する。そして、コア層をフォトリソグラフィおよび反応性イオンエッチングによってパターン化し、再び火炎堆積法を使用して、オーバークラッド層を堆積して埋め込み型光導波路を作製する。
【００１０】
通常、このような光導波路は、コアの形状や、基板とクラッドの熱膨張係数の違いにより、複屈折を有する。つまり、基板に垂直な電界方向を有するＴＭ偏波と基板に平行な電界方向を有するＴＥ偏波の実効屈折率（ｎTE、ｎTM）はそれぞれ異なっており、複屈折はＢ＝ｎTE−ｎTMで表記できる。この複屈折と２本のアーム導波路の長さの差（ΔＬ）によって、偏波に依存した遅延量の差異が発生し、偏波依存性が発生する。ここで、この偏波依存性は、偏波に依存した光路長差Δ（ＢＬ）として次式で表記できる。
【００１１】
【数３】
【００１２】
尚、ｌ1、ｌ2は、それぞれ２本のアーム導波路に沿う線座標である。また、∫Ｂｄｌ1と∫Ｂｄｌ2は、複屈折値のアーム導波路に沿う線積分である。
【００１３】
偏波に依存した光路長差Δ（ＢＬ）は、有限の値を有するため、偏波依存損失（ＰＤＬ）や偏波依存周波数差（ＰＤｆ）の発生要因となり、信号品質を大きく劣化させる。ここで、ＰＤｆとは、ＢΔＬ／λ・ＦＳＲで定義される量であり、同位相を有する光周波数の差異を示す。
【００１４】
これらの偏波依存性を解消するため、導波路の両側に溝を作製し、複屈折制御を行ったＤＱＰＳＫ受信回路が提案されている（非特許文献１参照）。図１２にその概略図を示す。これは、ＤＱＰＳＫ受信回路ではあり、光信号を二分岐し、それぞれをＦＳＲ２１．５ＧＨｚとしたＭＺＩに接続した構成である。図１２において、複屈折制御を行ったＤＱＰＳＫ受信回路１２００は、光導波路１２０１と、多モード干渉計１２０２と、Ｙ分岐１２０３と、ヒータ１２０４と、溝１２０５と、半波長板１２０６とを備える。
【００１５】
次に提案されている、溝を使用した偏波依存性の解消手法を簡単に説明する。溝を有さない通常導波路の複屈折をＢ0、溝の長さをＬ1、溝を有する導波路（リッジ構造型光導波路）の複屈折をＢ1としたときに、Δ（ＢＬ）は次式で与えられる。
【００１６】
【数４】
【００１７】
上式がゼロとなるように溝の間隔（リッジ幅）および断熱溝の長さを設計することにより偏波無依存化が可能となる。また、これらの溝との間にはヒータ１２０４が形成されており、ヒータ加熱時による発熱を効率的に導波路に伝達させるための、断熱溝としても使用されている。一般に、ヒータを加熱することによって熱光学効果を介して、位相制御を行った場合の消費電力は、例えば、πの位相を動かすのに数百ｍＷが必要であり、ヒータ近傍に断熱溝を形成することにより、低消費電力化を実現できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】２００９年電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−４６
【非特許文献２】「Integrated polarisation beam splitter using waveguide birefringencedependence on waveguide core width」、Electronics Letters, Volume 37, Issue 25, pp. 1517-1518
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記のような溝を形成したリッジ構造型光導波路を有するＭＺＩでは以下に述べる問題があった。
【００２０】
ＤＰＳＫ受信回路においては、溝を形成したリッジ構造型光導波路では、高温高湿試験（８５℃８５％）を行うとその複屈折が変動してしまう。この結果、ＭＺＩ型ＤＰＳＫ受信回路またはＭＺＩ型ＤＱＰＳＫ受信回路などでは、偏波依存周波数差（ＰＤｆ）が長期間で変動してしまうため、信頼性上に問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の光導波路は、基板上に作製された光導波路において、上記光導波路の一部に、上記光導波路の両脇に一対の溝が設けられ、上記溝が設けられた部分の上記光導波路の複屈折の値が極小となるような溝の間隔をＷとしたとき、上記溝の間隔がＷであることを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の光導波路は、基板上に作製された光導波路において、上記光導波路の一部に、上記光導波路の両脇に一対の溝が設けられ、上記溝の深さの距離をＨとしたとき、上記溝の間隔がＨと等しいことを特徴とする。
【００２３】
また、上記光導波路のうち両脇に上記一対の溝が設けられた部分の上にヒータを備えることを特徴とする。
【００２４】
また、上記課題を解決するために、本発明のマッハツェンダ干渉計回路は、入力光が入力され、２Ｎ個（Ｎ：自然数）の分岐出力光を出力する光分岐部分と、上記光分岐部分に接続され、Ｎ個の第１の分岐出力光がそれぞれ伝搬するＮ本の第１のアーム導波路と、上記光分岐部分に接続され、Ｎ個の第２の分岐出力光がそれぞれ伝搬するＮ本の第２のアーム導波路と、上記Ｎ本の第１のアーム導波路を伝搬する上記Ｎ個の第１の分岐出力光の１つと、上記Ｎ本の第２のアーム導波路を伝搬し、上記Ｎ個の第１の分岐出力光の上記１つに対応する上記Ｎ個の第２の分岐出力光の１つとをそれぞれ合成し、干渉させるＮ個の光合波回路とを備え、上記Ｎ個の光合波部分のそれぞれは、上記光分岐部分と、上記Ｎ本の第１のアーム導波路の１本と、上記第１のアーム導波路の１本に対応する上記第２のアーム導波路の１本と共にそれぞれ干渉計を構成し、請求項１乃至３に記載の光導波路が、上記Ｎ個のそれぞれの干渉計を構成する上記第１のアーム導波路と上記第２のアーム導波路の少なくとも一方に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、溝を形成したリッジ構造型光導波路において、高温高湿試験（８５℃８５％）でも、複屈折が変動せず、偏波依存周波数差（ＰＤｆ）が長期間で変動しない、信頼性の高い光導波路を提供できる。また、プロセス誤差により発生したリッジ幅のずれに対して、複屈折変動が他のリッジ幅に比較して少なく、結果として、光回路の特性のリッジ幅トレランスが高い光導波路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施例としてＤＳＰＫ受信回路の概略図である。
【図２】図１に示した線分Ａ−Ａ´における断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例の高温高湿試験（８５℃８５％）２０００時間後のＰＤｆ変動を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例の複屈折とリッジ幅の関係を示す図である。
【図５】本発明のリッジ構造型光導波路の断面図例である。
【図６】本発明のリッジ構造型光導波路の断面図例である。
【図７】本発明の第２の実施例としてＤＰＳＫ受信回路の上面概略図である。
【図８】本発明の第３の実施例として光減衰器の上面外略図である。
【図９】本発明の高温高湿（８５℃８５％）２０００時間後のＰＤＬ変動を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施例として減衰器の上面概略図である。
【図１１】従来技術によるマッハツェンダ干渉計回路の概略図である。
【図１２】従来技術による複屈折制御を行ったＤＱＰＳＫ受信回路の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
［実施例１］
図１は、本発明の第１の実施例としてＤＰＳＫ受信回路１００の概略図である。また、図２は、図１の線分Ａ−Ａ´の断面図である。
【００２９】
最初に、具体的な構成について説明する。
図１において、本ＤＰＳＫ受信回路１００は、二つの多モード干渉計型結合器１０２と、多モード干渉計型結合器１０２間に挟まれた２本のアーム導波路１０１と、アーム導波路１０１を分断するようにして形成された溝１０６に挿入されたポリイミド波長板１０３とから構成されている。このポリイミド波長板１０３は、光学主軸が伝搬方向と直交し、かつ、基板の水平方向から４５度傾いており、遅軸と速軸をそれぞれ伝搬する偏波が設計波長の半波長相当の位相差を与えられる。この半波長板１０３は、ＴＭ偏波（もしくはＴＥ偏波）をＴＥ偏波（もしくはＴＭ偏波）に偏波変換する偏波回転器として機能する。本ＭＺＩ１００は、ＦＳＲを４０ＧＨｚとするため、２本のアーム導波路１０１の長さの差（ΔＬ）は５．０６ｍｍとしている。また、２本のアーム導波路１０１のうち長い方の導波路１０１の一部には、両脇に溝１０５を形成している。溝１０５との間隔であるリッジ幅を４０μｍとした。また、溝１０５に挟まれた光導波路の上面には、薄膜ヒータ１０４が形成されている。この薄膜ヒータは熱光学効果を利用した位相シフタとしての機能を付予するためのものであり、位相調整に用いる。また、溝を形成することによって、加熱領域を制限し低消費電力を実現する構成となっている。次に、リッジ構造型光導波路１０１の最適な長さ（Ｌ1）について言及する。リッジ幅４０μｍの複屈折は−８×１０-4（Ｂ1）、通常の埋め込み型光導波路１０１の複屈折は５．５×１０-4（Ｂ0）、２本のアーム導波路１０１長の差は５．１１ｍｍ（ΔＬ）である。ここで、偏波に依存した光路長差Δ（ＢＬ）は下式で表すことができる。
【００３０】
【数５】
【００３１】
つぎに、上式を零とすることにより偏波依存性を抑制できる。言い換えれば、式（６）を満たすＬ1を設計することにより、式（３）で表される偏波に依存した光路長差Δ（ＢＬ）を解消できる。
【００３２】
【数６】
【００３３】
上記より、設計パラメータをまとめると、Ｂ1＝−８ｅ−４、ΔＬ＝５．１１ｍｍ、Ｂ＝５．５ｅ−４、Ｌ1＝２．０８ｍｍとした。
【００３４】
次に、リッジ幅を４０μｍとした理由について説明する。
本実施例で使用している埋め込み型光導波路１０１は、シリコン基板上２０１に、火炎堆積法を使用してＳｉＯ2を主体としたアンダークラッド層５０１およびＳｉＯ2にＧｅＯ2を添加したコア層２０３を堆積した後、コアを所望の形状に加工した後、オーバークラッド層５０２を堆積している。コア２０３とクラッド２０２との比屈折率差は１．５％である。また、アンダークラッド５０１、コア２０３、オーバークラッド５０２からなるクラッド２０２の厚さは４０μｍである。これに、リッジ構造を形成するための溝１０５を、シリコン基板が露出するまで形成している。つまり、溝１０５の深さはクラッド２０２厚さと同じ４０μｍである。また、クラッド２０２の厚さと同じく、リッジ幅は４０μｍとした。ここで、複屈折のリッジ幅依存性は図４に示され、複屈折のリッジ幅に対する微分値は、リッジ幅４０μｍのときゼロとなり極小となる。この時、複屈折変動はリッジ幅変動に対して極めて鈍感となる。
【００３５】
複屈折のリッジ幅依存性に関する挙動についてそのメカニズムを簡単に説明する。
複屈折には、応力が強く関与している。複屈折の発生は、コア２０３への応力が光弾性効果を介してＴＥ偏光とＴＭ偏光に異なる屈折率を与えていること（応力複屈折）に起因している。その際、応力の主要因は、シリコン基板とガラスの熱膨張係数差による横方向の圧縮応力と、オーバークラッド５０２とコア２０３との熱膨張係数差による縦方向の圧縮応力である。本発明のシリコン基板上の石英導波路においては、横方向の圧縮応力が縦方向の圧縮応力より大きく、複屈折および偏波依存性が発生する。一方、これらの光導波路の近傍に溝１０５を設けたリッジ構造型光導波路１０１の場合、縦方向・横方向の応力がリッジ幅によって増減し、複屈折はあるリッジ幅で極小値を獲得する。
【００３６】
次に、高温高湿変動と複屈折変動の関連について簡単に説明する。
リッジ構造型光導波路を高温高湿試験など、湿度耐性に関する試験を行った際、リッジ構造の壁面などのエッチング面は、ガラスが変質し、応力が開放される状態となる。言い換えれば、壁面のガラスのみが変質し、あたかも、リッジ幅が細くなったかのような複屈折変動を示す。この複屈折の増減の向きは、図４に示す特性から推測でき、複屈折のリッジ幅に対する微分値の正負を入れ替えたものに符号が等しい。つまり、複屈折のリッジ幅に対する微分値がゼロとなるリッジ幅が４０μｍのリッジ構造は、ある試験時間では、試験による複屈折変動がゼロとなり、非常に安定な状態と言える。
【００３７】
また、この安定な状態は、構造的には、リッジ幅と溝１０５の深さが等しいときに相当する。
【００３８】
構造としては、図２に示すように、熱膨張係数が異なる基板上にクラッド２０２およびコア２０３が形成されており、クラッド２０２およびコア２０３の縦横比が１：１である構造となる。本構造を作製するには、クラッド２０２の厚さと溝１０５の深さとリッジ幅が全て一致する必要がある。しかしながら、図５や図６に示すように、溝の深さがクラッド２０２の厚さに対してずれたとしても、リッジ幅と溝１０５の深さが等しければ、本特許の効果は獲得される。また、リッジ幅が溝１０５の深さに対して１割程度のずれであれば、同様に効果は獲得される。これに関して、さらに説明を加えると、本特許は、リッジ幅と溝１０５の深さが等しい構造を形成することにより、複屈折のリッジ幅に対する変動が極小となるリッジ幅を使用することを目的としている。つまり、リッジ幅と溝１０５の深さが等しくなくとも、リッジ幅等の構造パラメータを変化させた結果、複屈折が微小値が獲得されるパラメータを使用することにより、同様な効果が獲得されることは明らかである。
【００３９】
本実施例において、クラッド２０２はアンダークラッド５０１、コア１０３、オーバークラッド５０２から構成されているが、オーバークラッド５０２の上面にオーバークラッド５０２と同様な組成のガラスを別途、堆積した場合には、それらを含めた溝１０５の深さとリッジ幅が等しいことが重要である。
【００４０】
本実施例のＤＰＳＫ受信回路１００を、８５℃８５％の恒温槽に２０００時間だけ放置した後の、偏波依存周波数差（ＰＤｆ）の経時変化を図３に示す。リッジ幅が４０μｍの回路は、ＰＤｆの変動量が５０ＭＨｚ程度であった。一方、リッジ幅が８０μｍの回路では、ＰＤｆ変動は、５００ＭＨｚであり、４０μｍにおいてＰＤｆ変動が抑制されていることが確認できる。
【００４１】
本特許の別な効果として、プロセス誤差により発生したリッジ幅のずれに対して、複屈折変動が他のリッジ幅に比較して、少ないことが挙げられる。その結果として、光回路の特性のリッジ幅トレランスが高いと言える。
【００４２】
［実施例２］
図７は、本発明で第２の実施例としてＤＰＳＫ受信回路７００の概略図である。
構成は実施例１と類似しているため、相違点のみ説明する。
相違点は、リッジ構造型光導波路７０１が２種類の異なるリッジ幅から構成されている点である。一方のリッジ幅は２０μｍ、他方のリッジ幅は８０μｍとなっている。クラッド２０２の厚さは４０μｍであり、溝７０５、７０６の深さも４０μｍである。一方のリッジ幅は溝７０５、７０６の深さより短く、他方のリッジ幅は溝７０５、７０６の深さより長くなっている。また、複屈折は、リッジ幅２０μｍと８０μｍで、ともに−５．７×１０-4である。ここで、リッジ幅２０μｍおよび８０μｍの複屈折をＢnおよびＢw、リッジ幅２０μｍおよび８０μｍの導波路長をＬnおよびＬwとする。次に、二つのアーム７０１間の長さの差をΔＬ、リッジ構造ではない通常導波路の複屈折をＢ0としたとき、式（７）を満たすことにより、偏波に依存した光路長差（Δ（ＢＬ））を解消できる。
【００４３】
【数７】
【００４４】
高温高湿試験（８５℃８５％）２０００時間後の複屈折変動は、リッジ幅が２０μｍのとき５×１０-5（ΔＢn）、リッジ幅が８０μｍのとき−１×１０-5（ΔＢw）であるため、下式を満たすように、それぞれの長さを決定することにより、複屈折変動の抑制が期待できる。つまり、一方の複屈折変動を他方の複屈折変動で相殺することによって、全体として複屈折変動を解消できる。
【００４５】
【数８】
【００４６】
式（８）は、試験後の複屈折変動を、導波路の伝搬方向に積分した値と言い換えることができ、それがゼロとなることが重要である。
【００４７】
前述の式（７）、（８）より、リッジ幅２０μｍの長さを０．４２ｍｍ、リッジ幅８０μｍの長さを２．０９ｍｍとした。この長さを選択することにより、初期のＰＤｆが抑制され、かつ、ＰＤｆ変動も同時に抑制されることとなる。
【００４８】
本実施例のＤＰＳＫ受信回路７００を、８５℃８５％の恒温槽に２０００時間だけ放置した後の、偏波依存周波数差（ＰＤｆ）の変動量は５５ＭＨｚ程度であった。例えば、リッジ幅が８０μｍのものでは、ＰＤｆ変動は５００ＭＨｚであり、それに比較して、本実施例はＰＤｆ変動が抑制されていることが確認できる。
【００４９】
本構成の特徴を以下に示す。本構成は、一方のリッジ幅を極端に狭くできることである。狭くしたリッジ幅にヒータ７０４を形成し、位相シフタとして機能させることにより、実施例１で使用したようなリッジ幅が４０μｍの位相シフタに比較して、はるかに低消費電力化が可能となる。
【００５０】
本特許の別な効果として、プロセス誤差により発生したリッジ幅のずれに対して、複屈折変動が少ないことが上げられる。具体的には、リッジ構造を形成するエッチング工程において、その溝の幅にはプロセス誤差が発生する。本特許では、リッジ幅に対する複屈折変動の正負が逆となる、リッジ幅２０μｍと８０μｍを使用しており、溝幅シフトによる複屈折を相殺しあう効果がある。
【００５１】
以上の実施例１および２では、ＦＳＲが４０ＧＨｚのＭＺＩを使用した。その他、２０ＧＨｚ、１００ＧＨｚなど他のＦＳＲであっても同様な効果が期待できる事は明白である。
【００５２】
［実施例３］
図８は、本発明の第３の実施例として作製した可変光減衰器８００の概略図である。
最初に、具体的な構成について説明する。
図８において、本可変光減衰器８００は、二つの方向性結合器８０２と、方向性結合器８０２間に挟まれた２本のアーム導波路８０１と、アーム導波路８０１の上に形成された薄膜ヒータ８０３と、アーム導波路８０１の両脇に形成された溝８０４からなる。なお、本可変光減衰器８００は、光路長で信号波長の半分に相当する、０．５２μｍのアーム間光路長差（ΔＬ）で設計している。薄膜ヒータ８０３は熱光学効果を利用した位相シフタとしての機能を付予している。また、溝を形成することによって、加熱領域を制限し低消費電力を実現する構成となっている。
【００５３】
次に、これに形成された溝からなるリッジ型光導波路の構造を説明する。
本実施例で使用している、埋め込み型光導波路は、実施例１と同様に、シリコンを基板２０１として、アンダークラッド５０１、コア２０３、オーバークラッド５０２からなる。クラッド２０２の厚さは４０μｍであり、リッジ幅も４０μｍとした。
【００５４】
本実施例の可変光減衰器８００を、８５℃８５％の恒温槽に２０００時間だけ放置した後の、２５ｄＢ減衰時の偏波依存損失（ＰＤＬ）の経時変化を図９に示す。２０００時間後でもＰＤＬ変動は０．１ｄＢ以下であった。一方、リッジ幅が２０μｍのものでは、ＰＤＬ変動は、０．４５ｄＢであり、リッジ幅４０μｍではＰＤＬ変動が抑制されていることが確認できる。
【００５５】
これは、複屈折変動が抑制されたことに起因している。簡単にメカニズムを説明する。
方向性結合器８０２で偏波結合が発生しており、方向性結合器８０２間の複屈折の導波路積分値によって、ＰＤＬは変化する。つまり、両脇に溝８０４を形成したリッジ型光導波路の複屈折が変化すると、前述の複屈折の導波路積分値が変動し、ＰＤＬ変動となって現われる。さらに、実施例１と同じメカニズムによって、リッジ幅を溝８０４の深さと同じとすることによって、複屈折変動が抑制され、ＰＤＬ変動が抑制される。
【００５６】
［実施例４］
図１０は、本発明の第４の実施例として可変光減衰器１０００の概略図である。
構成は、実施例３とほぼ同じであるが、異なる点は、リッジ構造型光導波路１００１が２種類の異なるリッジ幅から構成されている点である。クラッド２０２の厚さは４０μｍであり、溝８０４の深さは４０μｍである。一方のリッジ幅は２０μｍ、他方のリッジ幅は８０μｍとなっており、溝８０４の深さである４０μｍより一方は短く、他方は長くなっている。また、複屈折は、リッジ幅２０μｍと８０μｍでともに−５．７ｅ−４である。また、高温高湿試験（８５℃８５％）２０００時間後の複屈折変動は、リッジ幅が２０μｍのとき、５ｅ−５（ΔＢn）であり、リッジ幅が８０μｍのとき−１ｅ−５（ΔＢw）であるので、それぞれのリッジ構造型光導波路の長さを、リッジ幅２０μｍでＬnとし、リッジ幅８０μｍでＬwとした時、式（９）を満たすように設定した。これにより、一方の複屈折変動を他方の複屈折変動で相殺することにより、全体として複屈折変動を解消できる。
【００５７】
【数９】
【００５８】
つまり、リッジ幅２０μｍで０．３ｍｍ、リッジ幅が８０μｍで１．７ｍｍとした。
本実施例の可変光減衰器を、８５℃８５％の恒温槽に２０００時間だけ放置した後の、偏波依存損失差（ＰＤＬ）の変動量は０．１ｄＢ以下であった。例えば、リッジ幅が２０μｍのものでは、ＰＤＬ変動は０．４５ｄＢであり、それに比較して、本実施例のＰＤＬ変動が抑制されていることが確認できる。
【００５９】
本構成の特徴は、一方のリッジ幅を極端に狭くできることである。狭くしたリッジ幅のリッジ構造型導波路にヒータ１００３を形成し、位相シフタとして機能させることにより、実施例４で使用したようなリッジ幅が４０μｍの位相シフタに比較して、はるかに低消費電力化が可能となる。
【００６０】
その他の適用回路として、非特許文献２に示されるような偏波分離／合成回路（ＰＢＳ／ＰＢＣ）が考えられる。これは、マッハツェンダ干渉計１００２のアーム導波路１００１の複屈折を所望の値に設計することにより、偏波分離／合成回路（ＰＢＳ／ＰＢＣ）としての機能を実現したものである。リッジ構造型光導波路においても複屈折を所望の値にすることが可能であるため、同様な回路が実現可能である。さらに、これに本特許を適用することによって、複屈折の高温高湿時（８５℃８５％）の変動を抑制もしくは解消できるため、ＰＢＳ／ＰＢＣの偏波消光比の長期変動を抑制もしくは解消できることは容易に類推できる。
【符号の説明】
【００６１】
１０１，７０１，８０１，１００１ 光導波路
１０２，７０２，８０２，１００２ 多モード干渉計
１０３，７０３ 半波長板
１０４，７０４，８０３，１００３ ヒータ
１０５，７０５，７０６，８０４，１００４，１００５ 溝
２０１ シリコン基板
２０２ グラッド
２０３ コア
５０１ アンダークラッド
５０２ オーバークラッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複屈折の経時変化を抑制した光導波路およびそれを使用したマッハツェンダ干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信に使用される光導波路部品において、マッハツェンダ干渉計回路（以下では、ＭＺＩ）は、光減衰器やＤＰＳＫ信号の受信回路に広く使用されており、重要な回路となっている。これは、２つの結合器とそれらを結ぶアーム導波路とアーム導波路の上に形成された薄膜ヒータからなる。図１１は、結合器に多モード干渉計（ＭＭＩ）を使用した場合の、マッハツェンダ干渉計回路１１００を示している。図１１において、マッハツェンダ干渉計回路１１００は、光導波路１１０１と、多モード干渉計１１０２と、ヒータ１１０３とを備える。
【０００３】
以下では、マッハツェンダ干渉計の動作原理とその偏波依存性について簡単に説明する。
入力Ｉ１→出力Ｏ１をスルーパス、入力Ｉ１→出力Ｏ２をクロスパスと定義した際、公知の干渉原理によって、それらの光出力（ＯTHROUGH、ＯCROSS）は、下式のように記述できる。（ここでは結合器の結合率は、５０％とした。）
【０００４】
【数１】
【０００５】
【数２】
【０００６】
尚、Ｉ0は入力光の光強度、ｎは実効屈折率、ΔＬは２本のアーム導波路の長さの差、ｆは光周波数、ｃは光速を示す。
【０００７】
例えば、ＤＰＳＫ受信回路の場合、前段の結合器で分離した後、一方のアーム導波路を伝播する光信号を他方の信号に比較して、１ビット遅延させた後、後段の結合器で干渉させ、位相検出を行う。その際、１ビット遅延を与えるために２本のアーム導波路に長さの差（ΔＬ）を設定する必要がある。また、ヒータ１１０３は遅延量のずれを補正するために利用される。
【０００８】
このようなデバイスに使用される光導波路の作製方法としては、例えば次のようなものがある。
【０００９】
シリコン基板上に火炎堆積法を使用して、石英ガラスを主体とした下部アンダークラッド層、および、石英ガラスにゲルマニウムを添加したコア層を堆積する。そして、コア層をフォトリソグラフィおよび反応性イオンエッチングによってパターン化し、再び火炎堆積法を使用して、オーバークラッド層を堆積して埋め込み型光導波路を作製する。
【００１０】
通常、このような光導波路は、コアの形状や、基板とクラッドの熱膨張係数の違いにより、複屈折を有する。つまり、基板に垂直な電界方向を有するＴＭ偏波と基板に平行な電界方向を有するＴＥ偏波の実効屈折率（ｎTE、ｎTM）はそれぞれ異なっており、複屈折はＢ＝ｎTE−ｎTMで表記できる。この複屈折と２本のアーム導波路の長さの差（ΔＬ）によって、偏波に依存した遅延量の差異が発生し、偏波依存性が発生する。ここで、この偏波依存性は、偏波に依存した光路長差Δ（ＢＬ）として次式で表記できる。
【００１１】
【数３】
【００１２】
尚、ｌ1、ｌ2は、それぞれ２本のアーム導波路に沿う線座標である。また、∫Ｂｄｌ1と∫Ｂｄｌ2は、複屈折値のアーム導波路に沿う線積分である。
【００１３】
偏波に依存した光路長差Δ（ＢＬ）は、有限の値を有するため、偏波依存損失（ＰＤＬ）や偏波依存周波数差（ＰＤｆ）の発生要因となり、信号品質を大きく劣化させる。ここで、ＰＤｆとは、ＢΔＬ／λ・ＦＳＲで定義される量であり、同位相を有する光周波数の差異を示す。
【００１４】
これらの偏波依存性を解消するため、導波路の両側に溝を作製し、複屈折制御を行ったＤＱＰＳＫ受信回路が提案されている（非特許文献１参照）。図１２にその概略図を示す。これは、ＤＱＰＳＫ受信回路ではあり、光信号を二分岐し、それぞれをＦＳＲ２１．５ＧＨｚとしたＭＺＩに接続した構成である。図１２において、複屈折制御を行ったＤＱＰＳＫ受信回路１２００は、光導波路１２０１と、多モード干渉計１２０２と、Ｙ分岐１２０３と、ヒータ１２０４と、溝１２０５と、半波長板１２０６とを備える。
【００１５】
次に提案されている、溝を使用した偏波依存性の解消手法を簡単に説明する。溝を有さない通常導波路の複屈折をＢ0、溝の長さをＬ1、溝を有する導波路（リッジ構造型光導波路）の複屈折をＢ1としたときに、Δ（ＢＬ）は次式で与えられる。
【００１６】
【数４】
【００１７】
上式がゼロとなるように溝の間隔（リッジ幅）および断熱溝の長さを設計することにより偏波無依存化が可能となる。また、これらの溝との間にはヒータ１２０４が形成されており、ヒータ加熱時による発熱を効率的に導波路に伝達させるための、断熱溝としても使用されている。一般に、ヒータを加熱することによって熱光学効果を介して、位相制御を行った場合の消費電力は、例えば、πの位相を動かすのに数百ｍＷが必要であり、ヒータ近傍に断熱溝を形成することにより、低消費電力化を実現できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】２００９年電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−４６
【非特許文献２】「Integrated polarisation beam splitter using waveguide birefringencedependence on waveguide core width」、Electronics Letters, Volume 37, Issue 25, pp. 1517-1518
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記のような溝を形成したリッジ構造型光導波路を有するＭＺＩでは以下に述べる問題があった。
【００２０】
ＤＰＳＫ受信回路においては、溝を形成したリッジ構造型光導波路では、高温高湿試験（８５℃８５％）を行うとその複屈折が変動してしまう。この結果、ＭＺＩ型ＤＰＳＫ受信回路またはＭＺＩ型ＤＱＰＳＫ受信回路などでは、偏波依存周波数差（ＰＤｆ）が長期間で変動してしまうため、信頼性上に問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の光導波路は、基板上に作製された光導波路において、上記光導波路の一部に、上記光導波路の両脇に一対の溝が設けられ、上記溝が設けられた部分の上記光導波路の複屈折の値が極小となるような溝の間隔をＷとしたとき、上記溝の間隔がＷであることを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の光導波路は、基板上に作製された光導波路において、上記光導波路の一部に、上記光導波路の両脇に一対の溝が設けられ、上記溝の深さの距離をＨとしたとき、上記溝の間隔がＨと等しいことを特徴とする。
【００２３】
また、上記光導波路のうち両脇に上記一対の溝が設けられた部分の上にヒータを備えることを特徴とする。
【００２４】
また、上記課題を解決するために、本発明のマッハツェンダ干渉計回路は、入力光が入力され、２Ｎ個（Ｎ：自然数）の分岐出力光を出力する光分岐部分と、上記光分岐部分に接続され、Ｎ個の第１の分岐出力光がそれぞれ伝搬するＮ本の第１のアーム導波路と、上記光分岐部分に接続され、Ｎ個の第２の分岐出力光がそれぞれ伝搬するＮ本の第２のアーム導波路と、上記Ｎ本の第１のアーム導波路を伝搬する上記Ｎ個の第１の分岐出力光の１つと、上記Ｎ本の第２のアーム導波路を伝搬し、上記Ｎ個の第１の分岐出力光の上記１つに対応する上記Ｎ個の第２の分岐出力光の１つとをそれぞれ合成し、干渉させるＮ個の光合波回路とを備え、上記Ｎ個の光合波部分のそれぞれは、上記光分岐部分と、上記Ｎ本の第１のアーム導波路の１本と、上記第１のアーム導波路の１本に対応する上記第２のアーム導波路の１本と共にそれぞれ干渉計を構成し、請求項１乃至３に記載の光導波路が、上記Ｎ個のそれぞれの干渉計を構成する上記第１のアーム導波路と上記第２のアーム導波路の少なくとも一方に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、溝を形成したリッジ構造型光導波路において、高温高湿試験（８５℃８５％）でも、複屈折が変動せず、偏波依存周波数差（ＰＤｆ）が長期間で変動しない、信頼性の高い光導波路を提供できる。また、プロセス誤差により発生したリッジ幅のずれに対して、複屈折変動が他のリッジ幅に比較して少なく、結果として、光回路の特性のリッジ幅トレランスが高い光導波路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施例としてＤＳＰＫ受信回路の概略図である。
【図２】図１に示した線分Ａ−Ａ´における断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例の高温高湿試験（８５℃８５％）２０００時間後のＰＤｆ変動を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例の複屈折とリッジ幅の関係を示す図である。
【図５】本発明のリッジ構造型光導波路の断面図例である。
【図６】本発明のリッジ構造型光導波路の断面図例である。
【図７】本発明の第２の実施例としてＤＰＳＫ受信回路の上面概略図である。
【図８】本発明の第３の実施例として光減衰器の上面外略図である。
【図９】本発明の高温高湿（８５℃８５％）２０００時間後のＰＤＬ変動を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施例として減衰器の上面概略図である。
【図１１】従来技術によるマッハツェンダ干渉計回路の概略図である。
【図１２】従来技術による複屈折制御を行ったＤＱＰＳＫ受信回路の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
［実施例１］
図１は、本発明の第１の実施例としてＤＰＳＫ受信回路１００の概略図である。また、図２は、図１の線分Ａ−Ａ´の断面図である。
【００２９】
最初に、具体的な構成について説明する。
図１において、本ＤＰＳＫ受信回路１００は、二つの多モード干渉計型結合器１０２と、多モード干渉計型結合器１０２間に挟まれた２本のアーム導波路１０１と、アーム導波路１０１を分断するようにして形成された溝１０６に挿入されたポリイミド波長板１０３とから構成されている。このポリイミド波長板１０３は、光学主軸が伝搬方向と直交し、かつ、基板の水平方向から４５度傾いており、遅軸と速軸をそれぞれ伝搬する偏波が設計波長の半波長相当の位相差を与えられる。この半波長板１０３は、ＴＭ偏波（もしくはＴＥ偏波）をＴＥ偏波（もしくはＴＭ偏波）に偏波変換する偏波回転器として機能する。本ＭＺＩ１００は、ＦＳＲを４０ＧＨｚとするため、２本のアーム導波路１０１の長さの差（ΔＬ）は５．０６ｍｍとしている。また、２本のアーム導波路１０１のうち長い方の導波路１０１の一部には、両脇に溝１０５を形成している。溝１０５との間隔であるリッジ幅を４０μｍとした。また、溝１０５に挟まれた光導波路の上面には、薄膜ヒータ１０４が形成されている。この薄膜ヒータは熱光学効果を利用した位相シフタとしての機能を付予するためのものであり、位相調整に用いる。また、溝を形成することによって、加熱領域を制限し低消費電力を実現する構成となっている。次に、リッジ構造型光導波路１０１の最適な長さ（Ｌ1）について言及する。リッジ幅４０μｍの複屈折は−８×１０-4（Ｂ1）、通常の埋め込み型光導波路１０１の複屈折は５．５×１０-4（Ｂ0）、２本のアーム導波路１０１長の差は５．１１ｍｍ（ΔＬ）である。ここで、偏波に依存した光路長差Δ（ＢＬ）は下式で表すことができる。
【００３０】
【数５】
【００３１】
つぎに、上式を零とすることにより偏波依存性を抑制できる。言い換えれば、式（６）を満たすＬ1を設計することにより、式（３）で表される偏波に依存した光路長差Δ（ＢＬ）を解消できる。
【００３２】
【数６】
【００３３】
上記より、設計パラメータをまとめると、Ｂ1＝−８ｅ−４、ΔＬ＝５．１１ｍｍ、Ｂ＝５．５ｅ−４、Ｌ1＝２．０８ｍｍとした。
【００３４】
次に、リッジ幅を４０μｍとした理由について説明する。
本実施例で使用している埋め込み型光導波路１０１は、シリコン基板上２０１に、火炎堆積法を使用してＳｉＯ2を主体としたアンダークラッド層５０１およびＳｉＯ2にＧｅＯ2を添加したコア層２０３を堆積した後、コアを所望の形状に加工した後、オーバークラッド層５０２を堆積している。コア２０３とクラッド２０２との比屈折率差は１．５％である。また、アンダークラッド５０１、コア２０３、オーバークラッド５０２からなるクラッド２０２の厚さは４０μｍである。これに、リッジ構造を形成するための溝１０５を、シリコン基板が露出するまで形成している。つまり、溝１０５の深さはクラッド２０２厚さと同じ４０μｍである。また、クラッド２０２の厚さと同じく、リッジ幅は４０μｍとした。ここで、複屈折のリッジ幅依存性は図４に示され、複屈折のリッジ幅に対する微分値は、リッジ幅４０μｍのときゼロとなり極小となる。この時、複屈折変動はリッジ幅変動に対して極めて鈍感となる。
【００３５】
複屈折のリッジ幅依存性に関する挙動についてそのメカニズムを簡単に説明する。
複屈折には、応力が強く関与している。複屈折の発生は、コア２０３への応力が光弾性効果を介してＴＥ偏光とＴＭ偏光に異なる屈折率を与えていること（応力複屈折）に起因している。その際、応力の主要因は、シリコン基板とガラスの熱膨張係数差による横方向の圧縮応力と、オーバークラッド５０２とコア２０３との熱膨張係数差による縦方向の圧縮応力である。本発明のシリコン基板上の石英導波路においては、横方向の圧縮応力が縦方向の圧縮応力より大きく、複屈折および偏波依存性が発生する。一方、これらの光導波路の近傍に溝１０５を設けたリッジ構造型光導波路１０１の場合、縦方向・横方向の応力がリッジ幅によって増減し、複屈折はあるリッジ幅で極小値を獲得する。
【００３６】
次に、高温高湿変動と複屈折変動の関連について簡単に説明する。
リッジ構造型光導波路を高温高湿試験など、湿度耐性に関する試験を行った際、リッジ構造の壁面などのエッチング面は、ガラスが変質し、応力が開放される状態となる。言い換えれば、壁面のガラスのみが変質し、あたかも、リッジ幅が細くなったかのような複屈折変動を示す。この複屈折の増減の向きは、図４に示す特性から推測でき、複屈折のリッジ幅に対する微分値の正負を入れ替えたものに符号が等しい。つまり、複屈折のリッジ幅に対する微分値がゼロとなるリッジ幅が４０μｍのリッジ構造は、ある試験時間では、試験による複屈折変動がゼロとなり、非常に安定な状態と言える。
【００３７】
また、この安定な状態は、構造的には、リッジ幅と溝１０５の深さが等しいときに相当する。
【００３８】
構造としては、図２に示すように、熱膨張係数が異なる基板上にクラッド２０２およびコア２０３が形成されており、クラッド２０２およびコア２０３の縦横比が１：１である構造となる。本構造を作製するには、クラッド２０２の厚さと溝１０５の深さとリッジ幅が全て一致する必要がある。しかしながら、図５や図６に示すように、溝の深さがクラッド２０２の厚さに対してずれたとしても、リッジ幅と溝１０５の深さが等しければ、本特許の効果は獲得される。また、リッジ幅が溝１０５の深さに対して１割程度のずれであれば、同様に効果は獲得される。これに関して、さらに説明を加えると、本特許は、リッジ幅と溝１０５の深さが等しい構造を形成することにより、複屈折のリッジ幅に対する変動が極小となるリッジ幅を使用することを目的としている。つまり、リッジ幅と溝１０５の深さが等しくなくとも、リッジ幅等の構造パラメータを変化させた結果、複屈折が微小値が獲得されるパラメータを使用することにより、同様な効果が獲得されることは明らかである。
【００３９】
本実施例において、クラッド２０２はアンダークラッド５０１、コア１０３、オーバークラッド５０２から構成されているが、オーバークラッド５０２の上面にオーバークラッド５０２と同様な組成のガラスを別途、堆積した場合には、それらを含めた溝１０５の深さとリッジ幅が等しいことが重要である。
【００４０】
本実施例のＤＰＳＫ受信回路１００を、８５℃８５％の恒温槽に２０００時間だけ放置した後の、偏波依存周波数差（ＰＤｆ）の経時変化を図３に示す。リッジ幅が４０μｍの回路は、ＰＤｆの変動量が５０ＭＨｚ程度であった。一方、リッジ幅が８０μｍの回路では、ＰＤｆ変動は、５００ＭＨｚであり、４０μｍにおいてＰＤｆ変動が抑制されていることが確認できる。
【００４１】
本特許の別な効果として、プロセス誤差により発生したリッジ幅のずれに対して、複屈折変動が他のリッジ幅に比較して、少ないことが挙げられる。その結果として、光回路の特性のリッジ幅トレランスが高いと言える。
【００４２】
［実施例２］
図７は、本発明で第２の実施例としてＤＰＳＫ受信回路７００の概略図である。
構成は実施例１と類似しているため、相違点のみ説明する。
相違点は、リッジ構造型光導波路７０１が２種類の異なるリッジ幅から構成されている点である。一方のリッジ幅は２０μｍ、他方のリッジ幅は８０μｍとなっている。クラッド２０２の厚さは４０μｍであり、溝７０５、７０６の深さも４０μｍである。一方のリッジ幅は溝７０５、７０６の深さより短く、他方のリッジ幅は溝７０５、７０６の深さより長くなっている。また、複屈折は、リッジ幅２０μｍと８０μｍで、ともに−５．７×１０-4である。ここで、リッジ幅２０μｍおよび８０μｍの複屈折をＢnおよびＢw、リッジ幅２０μｍおよび８０μｍの導波路長をＬnおよびＬwとする。次に、二つのアーム７０１間の長さの差をΔＬ、リッジ構造ではない通常導波路の複屈折をＢ0としたとき、式（７）を満たすことにより、偏波に依存した光路長差（Δ（ＢＬ））を解消できる。
【００４３】
【数７】
【００４４】
高温高湿試験（８５℃８５％）２０００時間後の複屈折変動は、リッジ幅が２０μｍのとき５×１０-5（ΔＢn）、リッジ幅が８０μｍのとき−１×１０-5（ΔＢw）であるため、下式を満たすように、それぞれの長さを決定することにより、複屈折変動の抑制が期待できる。つまり、一方の複屈折変動を他方の複屈折変動で相殺することによって、全体として複屈折変動を解消できる。
【００４５】
【数８】
【００４６】
式（８）は、試験後の複屈折変動を、導波路の伝搬方向に積分した値と言い換えることができ、それがゼロとなることが重要である。
【００４７】
前述の式（７）、（８）より、リッジ幅２０μｍの長さを０．４２ｍｍ、リッジ幅８０μｍの長さを２．０９ｍｍとした。この長さを選択することにより、初期のＰＤｆが抑制され、かつ、ＰＤｆ変動も同時に抑制されることとなる。
【００４８】
本実施例のＤＰＳＫ受信回路７００を、８５℃８５％の恒温槽に２０００時間だけ放置した後の、偏波依存周波数差（ＰＤｆ）の変動量は５５ＭＨｚ程度であった。例えば、リッジ幅が８０μｍのものでは、ＰＤｆ変動は５００ＭＨｚであり、それに比較して、本実施例はＰＤｆ変動が抑制されていることが確認できる。
【００４９】
本構成の特徴を以下に示す。本構成は、一方のリッジ幅を極端に狭くできることである。狭くしたリッジ幅にヒータ７０４を形成し、位相シフタとして機能させることにより、実施例１で使用したようなリッジ幅が４０μｍの位相シフタに比較して、はるかに低消費電力化が可能となる。
【００５０】
本特許の別な効果として、プロセス誤差により発生したリッジ幅のずれに対して、複屈折変動が少ないことが上げられる。具体的には、リッジ構造を形成するエッチング工程において、その溝の幅にはプロセス誤差が発生する。本特許では、リッジ幅に対する複屈折変動の正負が逆となる、リッジ幅２０μｍと８０μｍを使用しており、溝幅シフトによる複屈折を相殺しあう効果がある。
【００５１】
以上の実施例１および２では、ＦＳＲが４０ＧＨｚのＭＺＩを使用した。その他、２０ＧＨｚ、１００ＧＨｚなど他のＦＳＲであっても同様な効果が期待できる事は明白である。
【００５２】
［実施例３］
図８は、本発明の第３の実施例として作製した可変光減衰器８００の概略図である。
最初に、具体的な構成について説明する。
図８において、本可変光減衰器８００は、二つの方向性結合器８０２と、方向性結合器８０２間に挟まれた２本のアーム導波路８０１と、アーム導波路８０１の上に形成された薄膜ヒータ８０３と、アーム導波路８０１の両脇に形成された溝８０４からなる。なお、本可変光減衰器８００は、光路長で信号波長の半分に相当する、０．５２μｍのアーム間光路長差（ΔＬ）で設計している。薄膜ヒータ８０３は熱光学効果を利用した位相シフタとしての機能を付予している。また、溝を形成することによって、加熱領域を制限し低消費電力を実現する構成となっている。
【００５３】
次に、これに形成された溝からなるリッジ型光導波路の構造を説明する。
本実施例で使用している、埋め込み型光導波路は、実施例１と同様に、シリコンを基板２０１として、アンダークラッド５０１、コア２０３、オーバークラッド５０２からなる。クラッド２０２の厚さは４０μｍであり、リッジ幅も４０μｍとした。
【００５４】
本実施例の可変光減衰器８００を、８５℃８５％の恒温槽に２０００時間だけ放置した後の、２５ｄＢ減衰時の偏波依存損失（ＰＤＬ）の経時変化を図９に示す。２０００時間後でもＰＤＬ変動は０．１ｄＢ以下であった。一方、リッジ幅が２０μｍのものでは、ＰＤＬ変動は、０．４５ｄＢであり、リッジ幅４０μｍではＰＤＬ変動が抑制されていることが確認できる。
【００５５】
これは、複屈折変動が抑制されたことに起因している。簡単にメカニズムを説明する。
方向性結合器８０２で偏波結合が発生しており、方向性結合器８０２間の複屈折の導波路積分値によって、ＰＤＬは変化する。つまり、両脇に溝８０４を形成したリッジ型光導波路の複屈折が変化すると、前述の複屈折の導波路積分値が変動し、ＰＤＬ変動となって現われる。さらに、実施例１と同じメカニズムによって、リッジ幅を溝８０４の深さと同じとすることによって、複屈折変動が抑制され、ＰＤＬ変動が抑制される。
【００５６】
［実施例４］
図１０は、本発明の第４の実施例として可変光減衰器１０００の概略図である。
構成は、実施例３とほぼ同じであるが、異なる点は、リッジ構造型光導波路１００１が２種類の異なるリッジ幅から構成されている点である。クラッド２０２の厚さは４０μｍであり、溝８０４の深さは４０μｍである。一方のリッジ幅は２０μｍ、他方のリッジ幅は８０μｍとなっており、溝８０４の深さである４０μｍより一方は短く、他方は長くなっている。また、複屈折は、リッジ幅２０μｍと８０μｍでともに−５．７ｅ−４である。また、高温高湿試験（８５℃８５％）２０００時間後の複屈折変動は、リッジ幅が２０μｍのとき、５ｅ−５（ΔＢn）であり、リッジ幅が８０μｍのとき−１ｅ−５（ΔＢw）であるので、それぞれのリッジ構造型光導波路の長さを、リッジ幅２０μｍでＬnとし、リッジ幅８０μｍでＬwとした時、式（９）を満たすように設定した。これにより、一方の複屈折変動を他方の複屈折変動で相殺することにより、全体として複屈折変動を解消できる。
【００５７】
【数９】
【００５８】
つまり、リッジ幅２０μｍで０．３ｍｍ、リッジ幅が８０μｍで１．７ｍｍとした。
本実施例の可変光減衰器を、８５℃８５％の恒温槽に２０００時間だけ放置した後の、偏波依存損失差（ＰＤＬ）の変動量は０．１ｄＢ以下であった。例えば、リッジ幅が２０μｍのものでは、ＰＤＬ変動は０．４５ｄＢであり、それに比較して、本実施例のＰＤＬ変動が抑制されていることが確認できる。
【００５９】
本構成の特徴は、一方のリッジ幅を極端に狭くできることである。狭くしたリッジ幅のリッジ構造型導波路にヒータ１００３を形成し、位相シフタとして機能させることにより、実施例４で使用したようなリッジ幅が４０μｍの位相シフタに比較して、はるかに低消費電力化が可能となる。
【００６０】
その他の適用回路として、非特許文献２に示されるような偏波分離／合成回路（ＰＢＳ／ＰＢＣ）が考えられる。これは、マッハツェンダ干渉計１００２のアーム導波路１００１の複屈折を所望の値に設計することにより、偏波分離／合成回路（ＰＢＳ／ＰＢＣ）としての機能を実現したものである。リッジ構造型光導波路においても複屈折を所望の値にすることが可能であるため、同様な回路が実現可能である。さらに、これに本特許を適用することによって、複屈折の高温高湿時（８５℃８５％）の変動を抑制もしくは解消できるため、ＰＢＳ／ＰＢＣの偏波消光比の長期変動を抑制もしくは解消できることは容易に類推できる。
【符号の説明】
【００６１】
１０１，７０１，８０１，１００１ 光導波路
１０２，７０２，８０２，１００２ 多モード干渉計
１０３，７０３ 半波長板
１０４，７０４，８０３，１００３ ヒータ
１０５，７０５，７０６，８０４，１００４，１００５ 溝
２０１ シリコン基板
２０２ グラッド
２０３ コア
５０１ アンダークラッド
５０２ オーバークラッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に作製された光導波路において、
前記光導波路の一部に、前記光導波路の両脇に一対の溝が設けられ、
前記溝が設けられた部分の前記光導波路の複屈折の値が極小となるような溝の間隔をＷとしたとき、
前記溝の間隔がＷであることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
基板上に作製された光導波路において、
前記光導波路の一部に、前記光導波路の両脇に一対の溝が設けられ、
前記溝の深さの距離をＨとしたとき、
前記溝の間隔がＨと等しいことを特徴とする光導波路。
【請求項３】
前記光導波路のうち両脇に前記一対の溝が設けられた部分の上にヒータを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路。
【請求項４】
入力光が入力され、２Ｎ個（Ｎ：自然数）の分岐出力光を出力する光分岐部分と、
前記光分岐部分に接続され、Ｎ個の第１の分岐出力光がそれぞれ伝搬するＮ本の第１のアーム導波路と、
前記光分岐部分に接続され、Ｎ個の第２の分岐出力光がそれぞれ伝搬するＮ本の第２のアーム導波路と、
前記Ｎ本の第１のアーム導波路を伝搬する前記Ｎ個の第１の分岐出力光の１つと、前記Ｎ本の第２のアーム導波路を伝搬し、前記Ｎ個の第１の分岐出力光の前記１つに対応する前記Ｎ個の第２の分岐出力光の１つとをそれぞれ合成し、干渉させるＮ個の光合波回路とを備え、
前記Ｎ個の光合波部分のそれぞれは、前記光分岐部分と、前記Ｎ本の第１のアーム導波路の１本と、前記第１のアーム導波路の１本に対応する前記第２のアーム導波路の１本と共にそれぞれ干渉計を構成し、
請求項１乃至３のいずれかに記載の光導波路が、前記Ｎ個のそれぞれの干渉計を構成する前記第１のアーム導波路と前記第２のアーム導波路の少なくとも一方に配置されていることを特徴とするマッハツェンダ干渉計回路。
【請求項１】
基板上に作製された光導波路において、
前記光導波路の一部に、前記光導波路の両脇に一対の溝が設けられ、
前記溝が設けられた部分の前記光導波路の複屈折の値が極小となるような溝の間隔をＷとしたとき、
前記溝の間隔がＷであることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
基板上に作製された光導波路において、
前記光導波路の一部に、前記光導波路の両脇に一対の溝が設けられ、
前記溝の深さの距離をＨとしたとき、
前記溝の間隔がＨと等しいことを特徴とする光導波路。
【請求項３】
前記光導波路のうち両脇に前記一対の溝が設けられた部分の上にヒータを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路。
【請求項４】
入力光が入力され、２Ｎ個（Ｎ：自然数）の分岐出力光を出力する光分岐部分と、
前記光分岐部分に接続され、Ｎ個の第１の分岐出力光がそれぞれ伝搬するＮ本の第１のアーム導波路と、
前記光分岐部分に接続され、Ｎ個の第２の分岐出力光がそれぞれ伝搬するＮ本の第２のアーム導波路と、
前記Ｎ本の第１のアーム導波路を伝搬する前記Ｎ個の第１の分岐出力光の１つと、前記Ｎ本の第２のアーム導波路を伝搬し、前記Ｎ個の第１の分岐出力光の前記１つに対応する前記Ｎ個の第２の分岐出力光の１つとをそれぞれ合成し、干渉させるＮ個の光合波回路とを備え、
前記Ｎ個の光合波部分のそれぞれは、前記光分岐部分と、前記Ｎ本の第１のアーム導波路の１本と、前記第１のアーム導波路の１本に対応する前記第２のアーム導波路の１本と共にそれぞれ干渉計を構成し、
請求項１乃至３のいずれかに記載の光導波路が、前記Ｎ個のそれぞれの干渉計を構成する前記第１のアーム導波路と前記第２のアーム導波路の少なくとも一方に配置されていることを特徴とするマッハツェンダ干渉計回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−５９５８８（Ｐ２０１１−５９５８８Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１１９５４（Ｐ２００９−２１１９５４）
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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