導波路型光遅延干渉計
【課題】光導波路基板を安定かつ均一に温度調節すると共に、サブマウントに接着搭載したり、ペルチェモジュールを駆動した際にも、偏波依存周波数劣化量を最小限に留めることが可能な導波路型光遅延干渉計を提供する。
【解決手段】サブマウント５と光導波路基板２、サブマウント５とペルチェモジュール４を接着固定する接着剤の弾性率（ヤング率）が１０4Ｐａ以下であり、ペルチェモジュール４は、そのサブマウント５に接着される面４ａが平面視で矩形状に形成されると共に、前記サブマウントに接着される面４ａの対角長さＬpが、下式（１）
Ｅsub×ｔ3／Ｌp≧３２（ＧＰａ・ｍｍ2） ・・・（１）
但し、Ｅsub：サブマウントの弾性率（ヤング率）（ＧＰａ）
ｔ：サブマウントの高さ（ｍｍ）
Ｌp：ペルチェモジュールのサブマウントに接着される面の対角長さ（ｍｍ）
を満たす。
【解決手段】サブマウント５と光導波路基板２、サブマウント５とペルチェモジュール４を接着固定する接着剤の弾性率（ヤング率）が１０4Ｐａ以下であり、ペルチェモジュール４は、そのサブマウント５に接着される面４ａが平面視で矩形状に形成されると共に、前記サブマウントに接着される面４ａの対角長さＬpが、下式（１）
Ｅsub×ｔ3／Ｌp≧３２（ＧＰａ・ｍｍ2） ・・・（１）
但し、Ｅsub：サブマウントの弾性率（ヤング率）（ＧＰａ）
ｔ：サブマウントの高さ（ｍｍ）
Ｌp：ペルチェモジュールのサブマウントに接着される面の対角長さ（ｍｍ）
を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＰＳＫ用やＤＱＰＳＫ用の復調器等に用いられる導波路型光遅延干渉計に係り、特に、石英ガラス系の光導波路基板（平面型光導波路素子）で所望の光学特性を得ることが可能な導波路型光遅延干渉計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マッハチェンダー型光干渉計を用いた波長スプリッターの実装構造を図４に基づいて説明する。なお、ここでは波長スプリッターの実装構造を説明するが、マッハチェンダー型光干渉計を用いた導波路型光遅延干渉計の実装構造もほぼ同様である。
【０００３】
図４に示すように、波長スプリッター４１は、マッハチェンダー型光干渉計を形成した石英ガラス系の光導波路基板（平面型光導波路素子）４２を備え、その光導波路基板４２の両端部には、入力光ファイバ４３、出力光ファイバ４４がそれぞれ接続されている。入力光ファイバ４３、出力光ファイバ４４は、光導波路基板４２の光導波路のコアと調芯された状態で接続されている。
【０００４】
光導波路基板４２は、マウントベース４５上に搭載されており、光導波路基板４２とマウントベース４５とは接着剤により接着固定されている。マウントベース４５は、石英ガラスからなる光導波路基板４２とほぼ同等の熱膨張率を持つ金属材料（例えば、スーパーインバー（Super Invar））からなる。マウントベース４５は、熱伝導率の低い材質からなる台座４６を介して、筐体（パッケージ）４７に固定されている。
【０００５】
マウントベース４５の裏面（光導波路基板４２を搭載した面と反対側の面）にはヒータ４８が搭載されており、光導波路基板４２の表面（マウントベース４５と反対側の面）には温度センサ４９が搭載されている。波長スプリッター４１では、温度センサ４９で検出した温度に基づき、ヒータ４８の温度を調節することにより、光導波路基板４２に所望の光学特性を維持させている。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２０１９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年、光通信システムの容量増加に伴い、伝送特性の優れたＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）やＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying）といった変調／復調技術が利用されてきている。
【０００９】
ＤＰＳＫは、送信側でデータが１のときに１つ前のビットに対する光信号の位相差をπ、送信側でデータが０のときに位相差を０と、差分を利用した位相変調を行う方式である。他方、ＤＱＰＳＫは、位相の変位量をπ／２として、４つの位相変化（例えば、０，π／２，π，３π／２、あるいはπ／４，３π／４，５π／４，７π／４）に対応させた００，０１，１１，１０の４値の信号を送信する方式である。
【００１０】
このようなＤＰＳＫ用あるいはＤＱＰＳＫ用の復調器に用いられる導波路型光遅延干渉計では、偏波依存周波数の劣化量を２００ＭＨｚ程度以下とする必要がある。
【００１１】
しかしながら、上述の波長スプリッター４１のような実装構造では、光導波路基板４２とマウントベース４５との接着、およびヒータ４８の接着やその駆動により、光導波路基板４２に機械的応力や熱応力が加わり、光導波路基板４２の光学特性のうち、特に偏波依存波長特性や偏波依存周波数特性を劣化させてしまうという問題がある。
【００１２】
具体的には、実際の劣化量は、偏波依存波長特性（ＰＳ）で０．００２ｎｍ、偏波依存周波数換算で２５０ＭＨｚ程度であり、波長スプリッターでは問題にならないレベルであるが、上述のように、ＤＰＳＫ用あるいはＤＱＰＳＫ用の復調器として用いられる導波路型光遅延干渉計では、偏波依存周波数の劣化量を２００ＭＨｚ程度以下とする必要があるため、大きな問題となる。
【００１３】
また、ＤＰＳＫ用あるいはＤＱＰＳＫ用の復調器に用いる導波路型光遅延干渉計では、光遅延量を調節する必要があるため、ヒータの代わりに冷却機能を有するペルチェモジュールが用いられる。しかし、ペルチェモジュール駆動時にペルチェモジュール自体の変形が発生するため、ヒータを用いた場合と比較して光導波路基板に加わる応力がさらに大きくなってしまうという問題がある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、光導波路基板を安定かつ均一に温度調節すると共に、サブマウントに接着搭載したり、ペルチェモジュールを駆動した際にも、偏波依存周波数劣化量を最小限に留めることが可能な導波路型光遅延干渉計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、マッハチェンダー型光干渉計を形成した光導波路基板と、該光導波路基板に接続された入力用光ファイバおよび出力用光ファイバと、前記光導波路基板を加熱するペルチェモジュールと、前記光導波路基板と前記ペルチェモジュールとの間に配設され、前記光導波路基板、および前記ペルチェモジュールと接着剤で相互に接着固定されるサブマウントと、前記ペルチェモジュールの温度を制御することで、前記入力用光ファイバから前記光導波路基板に入力され、前記光導波路基板内で分岐された各光信号の相対的な遅延量を制御し、前記光導波路基板から前記出力用光ファイバに出力される各光信号の位相を調節する位相調節部とを備えた導波路型光遅延干渉計であって、前記接着剤の弾性率（ヤング率）が、１０4Ｐａ以下であり、前記ペルチェモジュールは、その前記サブマウントに接着される面が平面視で矩形状に形成されると共に、前記サブマウントに接着される面の対角長さＬpが、下式（１）
Ｅsub×ｔ3／Ｌp≧３２（ＧＰａ・ｍｍ2） ・・・（１）
但し、Ｅsub：サブマウントの弾性率（ヤング率）（ＧＰａ）
ｔ：サブマウントの高さ（ｍｍ）
Ｌp：ペルチェモジュールのサブマウントに接着される面の対角長さ（ｍｍ）
を満たす導波路型光遅延干渉計である。
【００１６】
前記ペルチェモジュールの前記サブマウントに接着される面の対角長さＬpが、１１．３１ｍｍ以上２１．２１ｍｍ以下であるとよい。
【００１７】
前記サブマウントが、窒化アルミニウムからなるとよい。
【００１８】
前記光導波路基板、前記ペルチェモジュール、および前記サブマウントを覆うように設けられた筐体を備え、前記ペルチェモジュールの前記サブマウントに接着される面と反対側の面は、放熱機能を有するベースを介して、前記筐体に固定されるとよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光導波路基板を安定かつ均一に温度調節すると共に、サブマウントに接着搭載したり、ペルチェモジュールを駆動した際にも、偏波依存周波数劣化量を最小限に留めることが可能な導波路型光遅延干渉計を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る導波路型光遅延干渉計を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は分解斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、接着剤の弾性率（ヤング率）を１０4Ｐａとしたときの、偏波依存周波数劣化量とＥsub×ｔ3／Ｌpとの関係を示すグラフ図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、接着剤の弾性率（ヤング率）を１０6Ｐａとしたときの、偏波依存周波数劣化量とＥsub×ｔ3／Ｌpとの関係を示すグラフ図である。
【図４】波長スプリッターを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、本実施の形態に係る導波路型光遅延干渉計の側面図であり、図１（ｂ）はその分解斜視図である。
【００２３】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、導波路型光遅延干渉計１は、マッハチェンダー型光干渉計を形成した光導波路基板（平面型光導波路素子）２と、光導波路基板２に接続された入力用光ファイバおよび出力用光ファイバと、光導波路基板２を加熱するペルチェモジュール４と、光導波路基板２とペルチェモジュール４との間に配設されたサブマウント５と、光信号の位相を調節するための図示しない位相調節部（温度コントローラ）とを備えている。なお、図１（ａ），（ｂ）では、入力用光ファイバと出力用光ファイバを、まとめて入出力用光ファイバ３として表している。
【００２４】
光導波路基板２は、石英ガラスからなる。光導波路基板２の具体的な構造は従来技術に属するため、ここでは説明を省略する。
【００２５】
サブマウント５は、ペルチェモジュール４を駆動した際などに、光導波路基板２に機械的応力や熱応力が加わることを低減し、光導波路基板２を所望の光学特性に維持するためのものである。サブマウント５と光導波路基板２、サブマウント５とペルチェモジュール４は、それぞれ接着剤（図示せず）により接着固定される。
【００２６】
サブマウント５としては、熱伝導率が大きく、熱膨張率及び比熱が小さい性質を有する材料を用いるとよい。サブマウント５としては、現状、Ａｌ−Ｎ（窒化アルミニウム）が最適な材料であるが、Ａｌ−Ｎよりも熱伝導率が大きく、Ａｌ−Ｎよりも熱膨張率及び比熱が小さい性質を有する材料であるならば、安定な温度調節を実現し、良好な偏波依存周波数特性を実現する上でなおよい。なお、Ａｌ−Ｎの弾性率（ヤング率）Ｅsubは１８６．３ＧＰａであり、熱伝導率λは１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張率αは４．７×１０6／Ｋ、比熱Ｃpは０．４ＫＪ／（ｋｇ・Ｋ）である。
【００２７】
ペルチェモジュール４は、複数の熱電素子（ペルチェ素子）をセラミック基板で挟んだ構造となっている。熱電素子に流す電流を変化させることで、吸熱量あるいは発熱量を変化させることができる。
【００２８】
また、導波路型光遅延干渉計１は、光導波路基板２、ペルチェモジュール４、およびサブマウント５を覆うように設けられた図示しない筐体（パッケージ）を備えており、ペルチェモジュール４は、そのサブマウント５に接着される面４ａと反対側の面４ｂが、放熱機能を有するベース６を介して、筐体に固定されている。
【００２９】
つまり、導波路型光遅延干渉計１は、ベース６上に、ペルチェモジュール４、サブマウント５、光導波路基板２を順次積層して形成され、ベース６が筐体に固定されている。
【００３０】
光導波路基板２のサブマウント５と反対側の面には、温度センサ７が設けられる。位相調節部は、温度センサ７で検出した温度に基づき、ペルチェモジュール４の温度を制御することで、入力用光ファイバから光導波路基板２に入力され、光導波路基板２内で分岐された各光信号の相対的な遅延量を制御し、光導波路基板２から出力用光ファイバに出力される各光信号の位相調節を行う。
【００３１】
導波路型光遅延干渉計１を復調器（例えば、ＤＰＳＫ用やＤＱＰＳＫ用の復調器）に用いる場合、出力用光ファイバに出力された各光信号は、ＰＤ（Photo Diode）で受信されて電気信号にそれぞれ変換され、ＣＤＲ（Clock Data Recovery）にてクロック及びデータの波形成形が行われた後、デコーダにてフレームの切り出し、誤り符号訂正処理が行われ、データ再生される。
【００３２】
さて、本実施の形態に係る導波路型光遅延干渉計１では、接着剤（サブマウント５と光導波路基板２、サブマウント５とペルチェモジュール４を接着固定する接着剤）として、弾性率（ヤング率）が１０4Ｐａ以下のものを用い、ペルチェモジュール４として、そのサブマウント５に接着される面４ａが平面視で矩形状に形成されており、サブマウント５に接着される面４ａの対角長さＬp（以下、単にペルチェモジュール４の対角長さＬpという）が、下式（２）
Ｅsub×ｔ3／Ｌp≧３２（ＧＰａ・ｍｍ2） ・・・（２）
但し、Ｅsub：サブマウント５の弾性率（ヤング率）（ＧＰａ）
ｔ：サブマウント５の高さ（ｍｍ）
Ｌp：ペルチェモジュール４のサブマウント５に接着される面４ａの対角長さ（ｍｍ）
を満たすものを用いる。なお、本実施の形態では、サブマウント５としてはＡｌ−Ｎを用いているため、式（２）におけるサブマウント５の弾性率（ヤング率）Ｅsub＝１８６．３ＧＰａである。
【００３３】
弾性率（ヤング率）が１０4Ｐａ以下の接着剤としては、例えば、シリコーン接着剤や低弾性エポキシ接着剤を用いるとよい。このようなシリコーン接着剤としては、東レ・ダウコーニング株式会社製のＣＹ５２−２７６、ＳＥ１８９１Ｈ、ＳＥ４４４０ＬＰなどがある。
【００３４】
また、ペルチェモジュール４の対角長さＬpは、上述の式（２）を満たし、かつ、１１．３１ｍｍ以上２１．２１ｍｍ以下であるとよい。これは、ペルチェモジュール４の対角長さＬpが１１．３１ｍｍ未満であると、現在実現可能な技術で製作したＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ光導波路素子サイズ（つまり光導波路基板２のサイズ）に対し、ペルチェモジュール４が小さくなりすぎ、機械的構造上好ましくないためである。また、ペルチェモジュール４の対角長さＬpが２１．２１ｍｍを超えると、現在実現可能な技術で製作したＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ光導波路素子サイズに対し、ペルチェモジュール４が大きくなりすぎ、小型化・低消費電力化を阻害するためである。
【００３５】
ここで、ペルチェモジュール４の対角長さＬpを式（２）を満たすようにする理由を説明する。
【００３６】
図２（ａ）〜（ｃ）に、接着剤の弾性率（ヤング率）Ｅadhを１０4Ｐａとし、ペルチェモジュール４の対角長さＬpを１１．３１ｍｍ、１４．５９ｍｍ、２１．２１ｍｍとしたときの、偏波依存周波数劣化量とＥsub×ｔ3／Ｌpとの関係を示す。
【００３７】
また、図３（ａ）〜（ｃ）に、接着剤の弾性率（ヤング率）Ｅadhを１０6Ｐａとし、ペルチェモジュール４の対角長さＬpを１１．３１ｍｍ、１４．５９ｍｍ、２１．２１ｍｍとしたときの、偏波依存周波数劣化量とＥsub×ｔ3／Ｌpとの関係を示す。
【００３８】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、接着剤の弾性率（ヤング率）Ｅadhを１０4Ｐａとした場合、Ｅsub×ｔ3／Ｌpの値を３２ＧＰａ・ｍｍ2以上とすることにより、偏波依存周波数劣化量を大幅に（２００ＭＨｚ以下に）小さくすることができる。なお、Ｌp＝１４．５９ｍｍ，２１．２１ｍｍの場合のグラフ（図２（ｂ），（ｃ））には、Ｅsub×ｔ3／Ｌpの値が３２ＧＰａ・ｍｍ2であるときの記載はないが、これらグラフはＥsub×ｔ3／Ｌpの値の増加に伴って偏波依存周波数劣化量も減少していることから、Ｅsub×ｔ3／Ｌpの値が３２ＧＰａ・ｍｍ2の場合にも、偏波依存周波数劣化量が２００ＭＨｚ以下であることが読み取れる。
【００３９】
他方、接着剤の弾性率（ヤング率）Ｅadhを１０6Ｐａとした場合、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、接着剤の弾性率（ヤング率）Ｅadhを１０4Ｐａとした場合と比較して偏波依存周波数劣化量が大きくなっており、この場合、偏波依存周波数劣化量を２００ＭＨｚ以下とするためには、Ｅsub×ｔ3／Ｌpの値を大きく設定しなければならないことが分かる。
【００４０】
サブマウント５としては熱伝導率等の観点からＡｌ−Ｎが好ましく、Ｅsubの値（１８６．３ＧＰａ）は固定であり、また、上述の理由から、Ｌpの値は１１．３１ｍｍ以上２１．２１ｍｍ以下であることが望ましいため、Ｅsub×ｔ3／Ｌpの値を大きくするためには、サブマウント５の高さ（厚さ）ｔを大きくする必要がある。しかし、サブマウント５の高さｔを大きくすることは、導波路型光遅延干渉計１の小型化を阻害することになり、好ましくない。
【００４１】
以上の結果より、接着剤の弾性率（ヤング率）Ｅadhを１０4Ｐａとし、かつ、ペルチェモジュール４として、対角長さＬpが式（２）を満たすものを用いることで、偏波依存周波数劣化量を２００ＭＨｚ以下と小さくできることが分かる。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態に係る導波路型光遅延干渉計１では、接着剤の弾性率（ヤング率）が、１０4Ｐａ以下であり、ペルチェモジュール４は、そのサブマウント５に接着される面の対角長さＬpが、下式（３）
Ｅsub×ｔ3／Ｌp≧３２（ＧＰａ・ｍｍ2） ・・・（３）
但し、Ｅsub：サブマウントの弾性率（ヤング率）（ＧＰａ）
ｔ：サブマウントの高さ（ｍｍ）
Ｌp：ペルチェモジュールのサブマウントに接着される面の対角長さ（ｍｍ）
を満たしている。
【００４３】
これにより、光導波路基板２をサブマウント５に接着搭載したり、ペルチェモジュール４を駆動した際にも、偏波依存周波数劣化量を最小限に留めることが可能となり、偏波依存周波数劣化量を２００ＭＨｚ以下と小さくすることができる。よって、導波路型光遅延干渉計１は、２００ＭＨｚ以下の偏波依存周波数劣化量が要求されるＤＰＳＫ用やＤＱＰＳＫ用の復調器の干渉計として用いることが可能である。
【００４４】
また、導波路型光遅延干渉計１では、サブマウント５として、熱伝導率が大きく、熱膨張率及び比熱が小さいＡｌ−Ｎを用いているため、光導波路基板２を安定かつ均一に温度調節することが可能である。
【００４５】
さらに、導波路型光遅延干渉計１では、ペルチェモジュール４のサブマウント５に接着される面と反対側の面４ｂを、放熱機能を有するベース６を介して、筐体に固定しているため、ペルチェモジュール４からの熱をベース６、筐体を介して外部に放熱することが可能となり、放熱性を向上できる。
【００４６】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 導波路型光遅延干渉計
２ 光導波路基板
３ 入出力用光ファイバ
４ ペルチェモジュール
５ サブマウント
６ ベース
７ 温度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＰＳＫ用やＤＱＰＳＫ用の復調器等に用いられる導波路型光遅延干渉計に係り、特に、石英ガラス系の光導波路基板（平面型光導波路素子）で所望の光学特性を得ることが可能な導波路型光遅延干渉計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マッハチェンダー型光干渉計を用いた波長スプリッターの実装構造を図４に基づいて説明する。なお、ここでは波長スプリッターの実装構造を説明するが、マッハチェンダー型光干渉計を用いた導波路型光遅延干渉計の実装構造もほぼ同様である。
【０００３】
図４に示すように、波長スプリッター４１は、マッハチェンダー型光干渉計を形成した石英ガラス系の光導波路基板（平面型光導波路素子）４２を備え、その光導波路基板４２の両端部には、入力光ファイバ４３、出力光ファイバ４４がそれぞれ接続されている。入力光ファイバ４３、出力光ファイバ４４は、光導波路基板４２の光導波路のコアと調芯された状態で接続されている。
【０００４】
光導波路基板４２は、マウントベース４５上に搭載されており、光導波路基板４２とマウントベース４５とは接着剤により接着固定されている。マウントベース４５は、石英ガラスからなる光導波路基板４２とほぼ同等の熱膨張率を持つ金属材料（例えば、スーパーインバー（Super Invar））からなる。マウントベース４５は、熱伝導率の低い材質からなる台座４６を介して、筐体（パッケージ）４７に固定されている。
【０００５】
マウントベース４５の裏面（光導波路基板４２を搭載した面と反対側の面）にはヒータ４８が搭載されており、光導波路基板４２の表面（マウントベース４５と反対側の面）には温度センサ４９が搭載されている。波長スプリッター４１では、温度センサ４９で検出した温度に基づき、ヒータ４８の温度を調節することにより、光導波路基板４２に所望の光学特性を維持させている。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２０１９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年、光通信システムの容量増加に伴い、伝送特性の優れたＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）やＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying）といった変調／復調技術が利用されてきている。
【０００９】
ＤＰＳＫは、送信側でデータが１のときに１つ前のビットに対する光信号の位相差をπ、送信側でデータが０のときに位相差を０と、差分を利用した位相変調を行う方式である。他方、ＤＱＰＳＫは、位相の変位量をπ／２として、４つの位相変化（例えば、０，π／２，π，３π／２、あるいはπ／４，３π／４，５π／４，７π／４）に対応させた００，０１，１１，１０の４値の信号を送信する方式である。
【００１０】
このようなＤＰＳＫ用あるいはＤＱＰＳＫ用の復調器に用いられる導波路型光遅延干渉計では、偏波依存周波数の劣化量を２００ＭＨｚ程度以下とする必要がある。
【００１１】
しかしながら、上述の波長スプリッター４１のような実装構造では、光導波路基板４２とマウントベース４５との接着、およびヒータ４８の接着やその駆動により、光導波路基板４２に機械的応力や熱応力が加わり、光導波路基板４２の光学特性のうち、特に偏波依存波長特性や偏波依存周波数特性を劣化させてしまうという問題がある。
【００１２】
具体的には、実際の劣化量は、偏波依存波長特性（ＰＳ）で０．００２ｎｍ、偏波依存周波数換算で２５０ＭＨｚ程度であり、波長スプリッターでは問題にならないレベルであるが、上述のように、ＤＰＳＫ用あるいはＤＱＰＳＫ用の復調器として用いられる導波路型光遅延干渉計では、偏波依存周波数の劣化量を２００ＭＨｚ程度以下とする必要があるため、大きな問題となる。
【００１３】
また、ＤＰＳＫ用あるいはＤＱＰＳＫ用の復調器に用いる導波路型光遅延干渉計では、光遅延量を調節する必要があるため、ヒータの代わりに冷却機能を有するペルチェモジュールが用いられる。しかし、ペルチェモジュール駆動時にペルチェモジュール自体の変形が発生するため、ヒータを用いた場合と比較して光導波路基板に加わる応力がさらに大きくなってしまうという問題がある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、光導波路基板を安定かつ均一に温度調節すると共に、サブマウントに接着搭載したり、ペルチェモジュールを駆動した際にも、偏波依存周波数劣化量を最小限に留めることが可能な導波路型光遅延干渉計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、マッハチェンダー型光干渉計を形成した光導波路基板と、該光導波路基板に接続された入力用光ファイバおよび出力用光ファイバと、前記光導波路基板を加熱するペルチェモジュールと、前記光導波路基板と前記ペルチェモジュールとの間に配設され、前記光導波路基板、および前記ペルチェモジュールと接着剤で相互に接着固定されるサブマウントと、前記ペルチェモジュールの温度を制御することで、前記入力用光ファイバから前記光導波路基板に入力され、前記光導波路基板内で分岐された各光信号の相対的な遅延量を制御し、前記光導波路基板から前記出力用光ファイバに出力される各光信号の位相を調節する位相調節部とを備えた導波路型光遅延干渉計であって、前記接着剤の弾性率（ヤング率）が、１０4Ｐａ以下であり、前記ペルチェモジュールは、その前記サブマウントに接着される面が平面視で矩形状に形成されると共に、前記サブマウントに接着される面の対角長さＬpが、下式（１）
Ｅsub×ｔ3／Ｌp≧３２（ＧＰａ・ｍｍ2） ・・・（１）
但し、Ｅsub：サブマウントの弾性率（ヤング率）（ＧＰａ）
ｔ：サブマウントの高さ（ｍｍ）
Ｌp：ペルチェモジュールのサブマウントに接着される面の対角長さ（ｍｍ）
を満たす導波路型光遅延干渉計である。
【００１６】
前記ペルチェモジュールの前記サブマウントに接着される面の対角長さＬpが、１１．３１ｍｍ以上２１．２１ｍｍ以下であるとよい。
【００１７】
前記サブマウントが、窒化アルミニウムからなるとよい。
【００１８】
前記光導波路基板、前記ペルチェモジュール、および前記サブマウントを覆うように設けられた筐体を備え、前記ペルチェモジュールの前記サブマウントに接着される面と反対側の面は、放熱機能を有するベースを介して、前記筐体に固定されるとよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光導波路基板を安定かつ均一に温度調節すると共に、サブマウントに接着搭載したり、ペルチェモジュールを駆動した際にも、偏波依存周波数劣化量を最小限に留めることが可能な導波路型光遅延干渉計を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る導波路型光遅延干渉計を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は分解斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、接着剤の弾性率（ヤング率）を１０4Ｐａとしたときの、偏波依存周波数劣化量とＥsub×ｔ3／Ｌpとの関係を示すグラフ図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、接着剤の弾性率（ヤング率）を１０6Ｐａとしたときの、偏波依存周波数劣化量とＥsub×ｔ3／Ｌpとの関係を示すグラフ図である。
【図４】波長スプリッターを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、本実施の形態に係る導波路型光遅延干渉計の側面図であり、図１（ｂ）はその分解斜視図である。
【００２３】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、導波路型光遅延干渉計１は、マッハチェンダー型光干渉計を形成した光導波路基板（平面型光導波路素子）２と、光導波路基板２に接続された入力用光ファイバおよび出力用光ファイバと、光導波路基板２を加熱するペルチェモジュール４と、光導波路基板２とペルチェモジュール４との間に配設されたサブマウント５と、光信号の位相を調節するための図示しない位相調節部（温度コントローラ）とを備えている。なお、図１（ａ），（ｂ）では、入力用光ファイバと出力用光ファイバを、まとめて入出力用光ファイバ３として表している。
【００２４】
光導波路基板２は、石英ガラスからなる。光導波路基板２の具体的な構造は従来技術に属するため、ここでは説明を省略する。
【００２５】
サブマウント５は、ペルチェモジュール４を駆動した際などに、光導波路基板２に機械的応力や熱応力が加わることを低減し、光導波路基板２を所望の光学特性に維持するためのものである。サブマウント５と光導波路基板２、サブマウント５とペルチェモジュール４は、それぞれ接着剤（図示せず）により接着固定される。
【００２６】
サブマウント５としては、熱伝導率が大きく、熱膨張率及び比熱が小さい性質を有する材料を用いるとよい。サブマウント５としては、現状、Ａｌ−Ｎ（窒化アルミニウム）が最適な材料であるが、Ａｌ−Ｎよりも熱伝導率が大きく、Ａｌ−Ｎよりも熱膨張率及び比熱が小さい性質を有する材料であるならば、安定な温度調節を実現し、良好な偏波依存周波数特性を実現する上でなおよい。なお、Ａｌ−Ｎの弾性率（ヤング率）Ｅsubは１８６．３ＧＰａであり、熱伝導率λは１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張率αは４．７×１０6／Ｋ、比熱Ｃpは０．４ＫＪ／（ｋｇ・Ｋ）である。
【００２７】
ペルチェモジュール４は、複数の熱電素子（ペルチェ素子）をセラミック基板で挟んだ構造となっている。熱電素子に流す電流を変化させることで、吸熱量あるいは発熱量を変化させることができる。
【００２８】
また、導波路型光遅延干渉計１は、光導波路基板２、ペルチェモジュール４、およびサブマウント５を覆うように設けられた図示しない筐体（パッケージ）を備えており、ペルチェモジュール４は、そのサブマウント５に接着される面４ａと反対側の面４ｂが、放熱機能を有するベース６を介して、筐体に固定されている。
【００２９】
つまり、導波路型光遅延干渉計１は、ベース６上に、ペルチェモジュール４、サブマウント５、光導波路基板２を順次積層して形成され、ベース６が筐体に固定されている。
【００３０】
光導波路基板２のサブマウント５と反対側の面には、温度センサ７が設けられる。位相調節部は、温度センサ７で検出した温度に基づき、ペルチェモジュール４の温度を制御することで、入力用光ファイバから光導波路基板２に入力され、光導波路基板２内で分岐された各光信号の相対的な遅延量を制御し、光導波路基板２から出力用光ファイバに出力される各光信号の位相調節を行う。
【００３１】
導波路型光遅延干渉計１を復調器（例えば、ＤＰＳＫ用やＤＱＰＳＫ用の復調器）に用いる場合、出力用光ファイバに出力された各光信号は、ＰＤ（Photo Diode）で受信されて電気信号にそれぞれ変換され、ＣＤＲ（Clock Data Recovery）にてクロック及びデータの波形成形が行われた後、デコーダにてフレームの切り出し、誤り符号訂正処理が行われ、データ再生される。
【００３２】
さて、本実施の形態に係る導波路型光遅延干渉計１では、接着剤（サブマウント５と光導波路基板２、サブマウント５とペルチェモジュール４を接着固定する接着剤）として、弾性率（ヤング率）が１０4Ｐａ以下のものを用い、ペルチェモジュール４として、そのサブマウント５に接着される面４ａが平面視で矩形状に形成されており、サブマウント５に接着される面４ａの対角長さＬp（以下、単にペルチェモジュール４の対角長さＬpという）が、下式（２）
Ｅsub×ｔ3／Ｌp≧３２（ＧＰａ・ｍｍ2） ・・・（２）
但し、Ｅsub：サブマウント５の弾性率（ヤング率）（ＧＰａ）
ｔ：サブマウント５の高さ（ｍｍ）
Ｌp：ペルチェモジュール４のサブマウント５に接着される面４ａの対角長さ（ｍｍ）
を満たすものを用いる。なお、本実施の形態では、サブマウント５としてはＡｌ−Ｎを用いているため、式（２）におけるサブマウント５の弾性率（ヤング率）Ｅsub＝１８６．３ＧＰａである。
【００３３】
弾性率（ヤング率）が１０4Ｐａ以下の接着剤としては、例えば、シリコーン接着剤や低弾性エポキシ接着剤を用いるとよい。このようなシリコーン接着剤としては、東レ・ダウコーニング株式会社製のＣＹ５２−２７６、ＳＥ１８９１Ｈ、ＳＥ４４４０ＬＰなどがある。
【００３４】
また、ペルチェモジュール４の対角長さＬpは、上述の式（２）を満たし、かつ、１１．３１ｍｍ以上２１．２１ｍｍ以下であるとよい。これは、ペルチェモジュール４の対角長さＬpが１１．３１ｍｍ未満であると、現在実現可能な技術で製作したＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ光導波路素子サイズ（つまり光導波路基板２のサイズ）に対し、ペルチェモジュール４が小さくなりすぎ、機械的構造上好ましくないためである。また、ペルチェモジュール４の対角長さＬpが２１．２１ｍｍを超えると、現在実現可能な技術で製作したＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ光導波路素子サイズに対し、ペルチェモジュール４が大きくなりすぎ、小型化・低消費電力化を阻害するためである。
【００３５】
ここで、ペルチェモジュール４の対角長さＬpを式（２）を満たすようにする理由を説明する。
【００３６】
図２（ａ）〜（ｃ）に、接着剤の弾性率（ヤング率）Ｅadhを１０4Ｐａとし、ペルチェモジュール４の対角長さＬpを１１．３１ｍｍ、１４．５９ｍｍ、２１．２１ｍｍとしたときの、偏波依存周波数劣化量とＥsub×ｔ3／Ｌpとの関係を示す。
【００３７】
また、図３（ａ）〜（ｃ）に、接着剤の弾性率（ヤング率）Ｅadhを１０6Ｐａとし、ペルチェモジュール４の対角長さＬpを１１．３１ｍｍ、１４．５９ｍｍ、２１．２１ｍｍとしたときの、偏波依存周波数劣化量とＥsub×ｔ3／Ｌpとの関係を示す。
【００３８】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、接着剤の弾性率（ヤング率）Ｅadhを１０4Ｐａとした場合、Ｅsub×ｔ3／Ｌpの値を３２ＧＰａ・ｍｍ2以上とすることにより、偏波依存周波数劣化量を大幅に（２００ＭＨｚ以下に）小さくすることができる。なお、Ｌp＝１４．５９ｍｍ，２１．２１ｍｍの場合のグラフ（図２（ｂ），（ｃ））には、Ｅsub×ｔ3／Ｌpの値が３２ＧＰａ・ｍｍ2であるときの記載はないが、これらグラフはＥsub×ｔ3／Ｌpの値の増加に伴って偏波依存周波数劣化量も減少していることから、Ｅsub×ｔ3／Ｌpの値が３２ＧＰａ・ｍｍ2の場合にも、偏波依存周波数劣化量が２００ＭＨｚ以下であることが読み取れる。
【００３９】
他方、接着剤の弾性率（ヤング率）Ｅadhを１０6Ｐａとした場合、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、接着剤の弾性率（ヤング率）Ｅadhを１０4Ｐａとした場合と比較して偏波依存周波数劣化量が大きくなっており、この場合、偏波依存周波数劣化量を２００ＭＨｚ以下とするためには、Ｅsub×ｔ3／Ｌpの値を大きく設定しなければならないことが分かる。
【００４０】
サブマウント５としては熱伝導率等の観点からＡｌ−Ｎが好ましく、Ｅsubの値（１８６．３ＧＰａ）は固定であり、また、上述の理由から、Ｌpの値は１１．３１ｍｍ以上２１．２１ｍｍ以下であることが望ましいため、Ｅsub×ｔ3／Ｌpの値を大きくするためには、サブマウント５の高さ（厚さ）ｔを大きくする必要がある。しかし、サブマウント５の高さｔを大きくすることは、導波路型光遅延干渉計１の小型化を阻害することになり、好ましくない。
【００４１】
以上の結果より、接着剤の弾性率（ヤング率）Ｅadhを１０4Ｐａとし、かつ、ペルチェモジュール４として、対角長さＬpが式（２）を満たすものを用いることで、偏波依存周波数劣化量を２００ＭＨｚ以下と小さくできることが分かる。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態に係る導波路型光遅延干渉計１では、接着剤の弾性率（ヤング率）が、１０4Ｐａ以下であり、ペルチェモジュール４は、そのサブマウント５に接着される面の対角長さＬpが、下式（３）
Ｅsub×ｔ3／Ｌp≧３２（ＧＰａ・ｍｍ2） ・・・（３）
但し、Ｅsub：サブマウントの弾性率（ヤング率）（ＧＰａ）
ｔ：サブマウントの高さ（ｍｍ）
Ｌp：ペルチェモジュールのサブマウントに接着される面の対角長さ（ｍｍ）
を満たしている。
【００４３】
これにより、光導波路基板２をサブマウント５に接着搭載したり、ペルチェモジュール４を駆動した際にも、偏波依存周波数劣化量を最小限に留めることが可能となり、偏波依存周波数劣化量を２００ＭＨｚ以下と小さくすることができる。よって、導波路型光遅延干渉計１は、２００ＭＨｚ以下の偏波依存周波数劣化量が要求されるＤＰＳＫ用やＤＱＰＳＫ用の復調器の干渉計として用いることが可能である。
【００４４】
また、導波路型光遅延干渉計１では、サブマウント５として、熱伝導率が大きく、熱膨張率及び比熱が小さいＡｌ−Ｎを用いているため、光導波路基板２を安定かつ均一に温度調節することが可能である。
【００４５】
さらに、導波路型光遅延干渉計１では、ペルチェモジュール４のサブマウント５に接着される面と反対側の面４ｂを、放熱機能を有するベース６を介して、筐体に固定しているため、ペルチェモジュール４からの熱をベース６、筐体を介して外部に放熱することが可能となり、放熱性を向上できる。
【００４６】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 導波路型光遅延干渉計
２ 光導波路基板
３ 入出力用光ファイバ
４ ペルチェモジュール
５ サブマウント
６ ベース
７ 温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マッハチェンダー型光干渉計を形成した光導波路基板と、
該光導波路基板に接続された入力用光ファイバおよび出力用光ファイバと、
前記光導波路基板を加熱するペルチェモジュールと、
前記光導波路基板と前記ペルチェモジュールとの間に配設され、前記光導波路基板、および前記ペルチェモジュールと接着剤で相互に接着固定されるサブマウントと、
前記ペルチェモジュールの温度を制御することで、前記入力用光ファイバから前記光導波路基板に入力され、前記光導波路基板内で分岐された各光信号の相対的な遅延量を制御し、前記光導波路基板から前記出力用光ファイバに出力される各光信号の位相を調節する位相調節部とを備えた導波路型光遅延干渉計であって、
前記接着剤の弾性率（ヤング率）が、１０4Ｐａ以下であり、
前記ペルチェモジュールは、その前記サブマウントに接着される面が平面視で矩形状に形成されると共に、前記サブマウントに接着される面の対角長さＬpが、下式（１）
Ｅsub×ｔ3／Ｌp≧３２（ＧＰａ・ｍｍ2） ・・・（１）
但し、Ｅsub：サブマウントの弾性率（ヤング率）（ＧＰａ）
ｔ：サブマウントの高さ（ｍｍ）
Ｌp：ペルチェモジュールのサブマウントに接着される面の対角長さ（ｍｍ）
を満たすことを特徴とする導波路型光遅延干渉計。
【請求項２】
前記ペルチェモジュールの前記サブマウントに接着される面の対角長さＬpが、１１．３１ｍｍ以上２１．２１ｍｍ以下である請求項１記載の導波路型光遅延干渉計。
【請求項３】
前記サブマウントが、窒化アルミニウムからなる請求項１または２記載の導波路型光遅延干渉計。
【請求項４】
前記光導波路基板、前記ペルチェモジュール、および前記サブマウントを覆うように設けられた筐体を備え、
前記ペルチェモジュールの前記サブマウントに接着される面と反対側の面は、放熱機能を有するベースを介して、前記筐体に固定される請求項１〜３いずれかに記載の導波路型光遅延干渉計。
【請求項１】
マッハチェンダー型光干渉計を形成した光導波路基板と、
該光導波路基板に接続された入力用光ファイバおよび出力用光ファイバと、
前記光導波路基板を加熱するペルチェモジュールと、
前記光導波路基板と前記ペルチェモジュールとの間に配設され、前記光導波路基板、および前記ペルチェモジュールと接着剤で相互に接着固定されるサブマウントと、
前記ペルチェモジュールの温度を制御することで、前記入力用光ファイバから前記光導波路基板に入力され、前記光導波路基板内で分岐された各光信号の相対的な遅延量を制御し、前記光導波路基板から前記出力用光ファイバに出力される各光信号の位相を調節する位相調節部とを備えた導波路型光遅延干渉計であって、
前記接着剤の弾性率（ヤング率）が、１０4Ｐａ以下であり、
前記ペルチェモジュールは、その前記サブマウントに接着される面が平面視で矩形状に形成されると共に、前記サブマウントに接着される面の対角長さＬpが、下式（１）
Ｅsub×ｔ3／Ｌp≧３２（ＧＰａ・ｍｍ2） ・・・（１）
但し、Ｅsub：サブマウントの弾性率（ヤング率）（ＧＰａ）
ｔ：サブマウントの高さ（ｍｍ）
Ｌp：ペルチェモジュールのサブマウントに接着される面の対角長さ（ｍｍ）
を満たすことを特徴とする導波路型光遅延干渉計。
【請求項２】
前記ペルチェモジュールの前記サブマウントに接着される面の対角長さＬpが、１１．３１ｍｍ以上２１．２１ｍｍ以下である請求項１記載の導波路型光遅延干渉計。
【請求項３】
前記サブマウントが、窒化アルミニウムからなる請求項１または２記載の導波路型光遅延干渉計。
【請求項４】
前記光導波路基板、前記ペルチェモジュール、および前記サブマウントを覆うように設けられた筐体を備え、
前記ペルチェモジュールの前記サブマウントに接着される面と反対側の面は、放熱機能を有するベースを介して、前記筐体に固定される請求項１〜３いずれかに記載の導波路型光遅延干渉計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−９９９２８（Ｐ２０１１−９９９２８Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５３３２３（Ｐ２００９−２５３３２３）
【出願日】平成２１年１１月４日（２００９．１１．４）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【出願人】（５９７１２６３３２）東日京三電線株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月４日（２００９．１１．４）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【出願人】（５９７１２６３３２）東日京三電線株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]