【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、集積型光導波路デバイスに関し、特にハイブリット化により性能を向上させる技術に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、集積型光導波路デバイスの１つとして、例えば図４に示すような導波路型マッハツェンダ（Mach-Zehnder）回路を用いた可変光減衰器（ＶＯＡ：
Variable Optical Attenuator）が知られている。 この可変光減衰器は、位相シフタ部１０、並びに干渉領域が形成された入力部２０及び出力部３０から構成されており、各部には光導波路４０が形成されている。 干渉領域は、スプリッタとして機能するＹ分岐回路、方向性結合器等から構成される。 【０００３】この可変光減衰器において、光入力ファイバ２１から入力された光信号は、入力部２０に形成されたＹ分岐回路で２つに分岐されて位相シフタ部１０に送られる。 位相シフタ部１０では、各光信号の位相がシフトされて出力部３０に送られる。 出力部３０に入力された異なる位相を有する２つの光信号は、Ｙ分岐回路で混合されることによって減衰され、光出力ファイバ３１に出力される。 光の減衰量は、位相シフタ部１０でシフトされる位相の大きさによって制御される。 【０００４】上記のような可変光減衰器で使用される光導波路としては、シリカ系導波路、ポリマ導波路、Ｌｉ
ＮｂＯ ₃ （ニオブ酸リチウム、以下「ＬＮ」と略称する場合がある）導波路、半導体導波路等がある。 位相制御には、多くの場合、電気光学効果（ＥＯ効果）を利用したＬｉＮｂＯ ₃導波路及びポリマ導波路、熱光学効果（ＴＯ効果）を利用したシリカ系導波路及びポリマ導波路が用いられる。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところで、ＬＮ基板に熱拡散によって形成された拡散型光導波路を用いて可変光減衰器を構成する場合、ＬＮは電気光学効果が大きいことから、制御速度を高速にすることができ、しかも電圧を印加することにより発生される電界を利用して光信号を制御できるので消費電力が極めて小さいという利点がある。 【０００６】その反面、ＬＮ基板に拡散型光導波路が形成された可変光減衰器は、以下のような問題を有する。
第１は、拡散型光導波路の材料と光ファイバの材料とが相違することにより屈折率が相違すること、及び、拡散型光導波路の断面形状と光ファイバの断面形状とが相違することに起因して、光ファイバとの結合損失が大きいという問題である。 第２は、拡散型光導波路は屈折率差が小さいことから光を閉じ込める能力が小さく曲げ損失が大きいという問題である。 その結果、光導波路の曲率半径を小さくできないので光デバイスを小型化できない。 第３は、干渉領域として形成されたＹ分岐回路、方向性結合器では、光導波路の屈折率分布、応力分布等が非対称であることに起因して偏光依存性が生じるという問題である。 【０００７】一方、シリコン基板上にシリカ系材料から成る光導波路を堆積して形成された埋め込み型光導波路を用いて可変光減衰器を構成する場合、次のような利点を有する。 第１は、光ファイバはシリカ系材料から構成されているので、光導波路の屈折率を光ファイバの屈折率と同じにすることができ、この場合、屈折率が相違すること起因する結合損失を極めて小さくできるという利点である。 また、シリカ系材料は加工が容易であることから、光導波路の断面形状を光ファイバに適合するように構成でき、この点からも、結合損失を小さくできる。
第２は、シリカ系導波路は屈折率差の調整が容易であり、光を閉じ込める能力を大きくすることが可能なため、曲げ損失を小さくできるという利点である。 第３
は、シリカ系導波路では、屈折率分布を対称にできることから、シリカ系材料でＹ分岐回路、方向性結合器等を構成した場合、その偏光依存性を小さくできるという利点である。 【０００８】その反面、例えば位相シフタを構成する場合、電気光学効果を利用できないために熱光学効果を利用する必要がある。 熱光学効果を利用した位相シフタは、加熱により位相シフト量を制御するので、制御速度を高速にすることができず、また、電気光学効果を利用した位相シフタに比べて消費電力が非常に大きいという欠点がある。 従って、特に多連の光デバイスを構成することが困難になる。 また、熱光学効果を用いた制御は、
環境温度による影響を受けやすく、熱が閉じ込めが弱い性質のために、特にアレイ化した場合に互いに影響しあって、特性が劣化するという問題もある。 【０００９】なお、偏光依存性を抑止する技術は、例えば、特開昭６２−３６６３１号公報は「導波路型光変調器」を開示されている。 この導波路型光変調器は、入射光を偏光分離素子（ＰＢＳ）を用いてＴＥモード光とＴ
Ｍモード光に分離し、個別に位相変調を行った後、再び変更分離素子を用いて合成する。 この導波路型光変調器によればモード光毎に分離して変調するため偏光依存性が抑止される。 しかし、この導波路型光変調器は、４分の１波長板を用いてトリミングを行うので構造が複雑になるという欠点を有する。 【００１０】本発明は、上述した従来の集積型光導波路デバイスの欠点を除去するためになされたものであり、
その目的は、簡単な構造であるにも拘わらず、光ファイバとの結合損失及び光導波路の曲げ損失を小さくでき、
しかも偏光依存性の発生を抑止できる小型化可能な集積型光導波路デバイスを提供することにある。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明は、ＬＮ系材料とシリカ系材料の各特長を生かしてハイブリッド化することにより従来の光デバイスの欠点を除去するという着想に基づいてなされたものである。 【００１２】即ち、本発明の第１の形態に係る集積型光導波路デバイスは、上記目的を達成するために、電気光学効果を有する直線状の光導波路で構成された位相シフタ部と、該位相シフタ部の前記光導波路の一端部に接合されるように配置されたシリカ系材料から成る埋め込み型光導波路で構成された入力部と、前記位相シフタ部の前記光導波路の他端部に接合されるように配置されたシリカ系材料から成る埋め込み型光導波路で構成された出力部、とを備えている。 【００１３】この集積型光導波路デバイスによれば、位相シフタ部の位相シフト量は、電気光学効果を用いて制御できるので、制御速度を高速にすることができ、しかも電圧を印加することにより発生される電界を利用して光信号を制御できるので消費電力が極めて小さい。 【００１４】また、光ファイバに接続される入力部及び出力部にはシリカ系材料から成る埋め込み型光導波路が形成されているので、同じくシリカ系材料から構成される光ファイバの屈折率を埋め込み型光導波路の屈折率と同じにすることができ、結合損失を小さくすることができる。 また、埋め込み型光導波路はシリカ系材料から構成されているので、その断面形状を光ファイバの断面形状に適合させることが容易であり、断面形状の相違による結合損失を減少させることができる。 【００１５】この集積型光導波路デバイスにおいて、前記入力部及び前記出力部は、Ｙ分岐回路又は方向性結合器から構成することができる。 この場合、シリカ系材料で構成された光導波路の屈折率分布は対称であるので、
Ｙ分岐回路、方向性結合器では偏光依存性を殆ど生じない。 また、シリカ系材料は、曲がり損失が小さいので埋め込み型光導波路の曲率半径を小さくでき、Ｙ分岐回路、方向性結合器を小型化できる。 また、この集積型光導波路デバイスにおいて、前記位相シフタ部はＬＮ系材料から成る光導波路で形成できる。 【００１６】本発明の第２の形態に係る集積型光導波路デバイスは、上記と同様の目的で、電気光学効果を有する直線状の光導波路で構成された位相シフタ部がアレイ状に複数配置された位相シフタ部アレイと、前記複数の位相シフタ部の各々の前記光導波路の一端部に、シリカ系材料から成る埋め込み型光導波路の一端部が接合されるように配置された入力部と、前記複数の位相シフタ部の各々の前記光導波路の他端部に、シリカ系材料から成る埋め込み型光導波路の一端部が接合されるように配置された出力部、とを備えている。 この集積型光導波路デバイスにおいて、前記入力部又は出力部はアレイ導波路格子で構成することができる。 【００１７】この第２の形態に係る集積型光導波路デバイスは、上述した第１の形態に係る集積から光導波路デバイスを複数集めてアレイ化したものである。 従って、
この第２の形態に係る集積型光導波路デバイスによっても、上述した第１の形態に係る集積型光導波路デバイスと同様の作用及び効果を奏する。 【００１８】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る集積型光導波路デバイスを、図面を参照しながら詳細に説明する。 【００１９】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１に係る集積型光導波路デバイスの一例としての、
導波路型マッハツェンダ回路を用いた可変光減衰器の構成を模式的に示す図である。 この可変光減衰器は、位相シフタ部１０、並びに干渉領域が形成された入力部２０
及び出力部３０から構成されている。 位相シフタ部１
０、入力部２０及び出力部３０の各々には、光導波路４
０が形成されている。 また、入力部２０及び出力部３０
の各々には、スプリッタとして機能するＹ分岐回路２２
及び３２がそれぞれ形成されている。 【００２０】位相シフタ部１０は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ ₃ ：ＬＮ）から成る基板に、例えばＴｉを熱拡散させて形成された２本の直線状の拡散型の光導波路４０を備えている。 なお、位相シフタ部１０は、２本の光導波路４０の間に複数の電極が配置された構造を有するが、この構造は周知であるので図示及び説明は省略する。 この位相シフタ部１０では、複数の電極間に電圧を印加することによって発生された電界の大きさにより、光導波路４０を伝搬する導波光の位相のシフト量が決定される。 【００２１】位相シフタ部１０には、ＸカットＺ軸伝搬となるように切り出された基板を用いることができる。
この基板のＸカット面（ＹＺ面）の表面に２本の平行な光導波路４０が形成され、導波光はＺ軸（光学軸）に沿って伝搬する。 【００２２】なお、この実施の形態１では、基板の材料の一例としてニオブ酸リチウムを用いているが、基板の材料はこれに限定されない。 本発明のＬＮ系基板としては、電気光学効果を有する三方晶系、六方晶系といった一軸性結晶、又は結晶の点群がＣ _3V 、Ｃ ₃ 、Ｄ ₃ 、Ｃ _3h 、
Ｄ _3hである材料から成る基板を用いることができる。 これらの材料は、電界の印加によって屈折率変化が伝搬光のモードによって異符号となるような屈折率調整機能を有する。 具体例としては、ニオブ酸リチウムの他に、タンタル酸リチウム（ＬｉＴＯ ₃ ：ＬＴ）、β−ＢａＢ ₂ Ｏ
₄ （略称ＢＢＯ）、ＬｉＩＯ ₃等を用いることができる。 【００２３】光導波路４０は、Ｔｉを１００ｎｍ程度パターン化して１０００゜Ｃで１２〜４０時間程度加熱して熱拡散させることにより形成される。 これにより、基板の表面に、幅５μｍ程度の光導波路４０が、基板を縦断するように形成される。 【００２４】入力部２０のＹ分岐回路２２は、周知の技術により、シリコン基板（Ｓｉ）上に酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ ₂ ）を堆積して埋め込むことにより形成された埋め込み型の光導波路４０から構成されている。 同様に、出力部３０のＹ分岐回路３２は、周知の技術により、シリコン基板（Ｓｉ）上に酸化シリコン（ＳｉＯ ₂ ）を堆積して埋め込むことにより形成された埋め込み型の光導波路４０から構成されている。 【００２５】上記のようにして製造された位相シフタ部１０、入力部２０出力部３０は、図１に示すように、各部の光導波路４０が位置合わせされて接合され、以て可変光減衰器が完成する。 この可変光減衰器の入力部２０
の光導波路４０の入力端には、光信号を入力するための光入力ファイバ２１が、出力部３０の光導波路４０の出力端には、光信号を出力するための光出力ファイバ３１
がそれぞれ接続される。 【００２６】上記のように構成される可変光減衰器において、光入力ファイバ２１から入力された光信号は、入力部２０に形成されたＹ分岐回路２２で２つに分岐されて位相シフタ部１０に送られる。 位相シフタ部１０では、各光信号の位相がシフトされて出力部３０に送られる。 出力部３０は、入力された異なる位相を有する２つの光信号をＹ分岐回路３２で混合する。 これにより、光導波路４０を伝搬する導波光は減衰され、光出力ファイバ３１に出力される。 導波光の減衰量は、位相シフタ部１０でシフトされる位相の大きさによって制御される。 【００２７】以上説明した可変光変調器によれば、位相シフタ部１０にＬＮ系材料を用いたので、電気光学効果を用いて、電圧の印加で発生される電界の大きさにより位相シフト量を制御できる。 従って、熱光学効果を用いる場合に比べて位相シフト量の制御が簡単になり、制御速度を高速化でき、しかも電界を発生させるためには電流を流す必要はないので低消費電力を実現できる。 また、熱光学効果を用いていないため、環境温度による影響も受けにくい。 【００２８】また、光入力ファイバ２１に接合される入力部２０の光導波路４０（Ｙ分岐回路２２）及び光出力ファイバ３１に接続される出力部３０の光導波路４０
（Ｙ分岐回路３２）はシリカ系材料で構成されているので、その屈折率を光入力ファイバ２１及び光出力ファイバ３１の屈折率と同じになるように構成できる。 この構成によれば、接合する材料の屈折率が相違することに起因する結合損失を低減できる。 【００２９】また、シリカ系材料で構成される埋め込み型光導波路の断面形状の加工は容易であるので、この埋め込み型光導波路の断面形状を光入力ファイバ２１及び光出力ファイバ３１の断面形状に適合させるように構成できる。 この構成によれば、可変光減衰器の埋め込み型光導波路の断面形状と光入力ファイバ２１及び光出力ファイバ３１との断面形状の相違に起因する結合損失を低減できる。 【００３０】なお、位相シフタ部１０に形成された拡散型光導波路と、入力部２０及び出力部３０に形成された埋め込み型光導波路とを接合する場合は、シリカ系材料から成る埋め込み型光導波路の加工は容易であるので、
この埋め込み型光導波路の断面形状を拡散型光導波路の断面形状に適合するように加工した後に接合するように構成できる。 これにより、拡散型光導波路と埋め込み型光導波路のスポットサイズを一致させて結合損失を低減できる。 【００３１】また、拡散型光導波路は屈折率差が小さいことから光を閉じ込める能力が小さいので曲げ損失が大きくなるが、入力部２０及び出力部３０のＹ分岐回路２
２及び３２のように曲げが要求される部分は、シリカ系材料で光導波路を形成したので光導波路の曲率半径を小さくできる。 その結果、集積型光導波路デバイスを小型化できる。 【００３２】また、Ｙ分岐回路が形成される入力部２０
及び出力部３０は、シリカ系材料から成る埋め込み型光導波路で形成されているので、屈折率分布を対称にできることから偏光依存性は生じない。 なお、シリカ系材料から成る光導波路であっても、リッジ型である場合は偏光依存性が生じるが、この実施の形態１に係る光導波路は埋め込み型であるために、偏光依存性が生じることはない。 【００３３】なお、上述した実施の形態１に係る可変光減衰器では、入力部２０及び出力部３０にＹ分岐回路２
２及び３２を形成したが、図２に示すように、方向性結合器２３及び３３を形成することができる。 この場合も、上述したと同様の作用及び効果を奏する。 【００３４】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に係る集積型光導波路デバイスは、上述した実施の形態１
に係る集積型光導波路デバイスとしての可変光減衰器をアレイ化して可変光減衰器アレイを構成したものである。 【００３５】図３は、本発明の実施の形態２に係る集積型光導波路デバイスの構成を模式的に示す図である。 この集積型光導波路デバイスは、位相シフタ部アレイ１０
０、入力部２００及び出力部３００から構成されている。 位相シフタ部アレイ１００は、実施の形態１で説明した位相シフタ部、即ちＬＮ系基板に熱拡散により形成された直線状の拡散型光導波路を有する位相シフタ部がアレイ状に複数配置されることにより構成されている。
なお、この実施の形態２では、入力部２００をアレイ導波路格子（ＡＷＧ）とした場合を例として示しているが、この他に、入力部２００を出力部３００と同様な構成にすることも可能である。 【００３６】入力部２００は、位相シフタ部アレイ１０
０を構成する複数の位相シフタ部の各々の拡散型光導波路の一端部に、シリコン基板上に形成されたシリカ系材料から成る埋め込み型光導波路の一端部が接合されて構成されている。 また、出力部３００は、位相シフタ部アレイ１００を構成する複数の位相シフタ部の各々の拡散型光導波路の他端部に、シリコン基板上に形成されたシリカ系材料から成る埋め込み型光導波路の一端部が接合されて構成されている。 【００３７】この実施の形態２に係る集積型光導波路デバイスを構成する個々の可変光減衰器の動作は、上述した実施の形態１に係る集積型光導波路デバイスとしての可変光減衰器の動作と同じである。 【００３８】以上のように構成される集積型光導波路デバイスによれば、上述した実施の形態１に係る集積型光導波路デバイスと同様の作用及び効果を奏する。 【００３９】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
簡単な構造であるにも拘わらず、光ファイバとの結合損失及び光導波路の曲げ損失を小さくでき、しかも偏光依存性の発生を抑止できる小型化可能な集積型光導波路デバイスを提供できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態１に係る集積型光導波路デバイス（可変光減衰器）の構成を模式的に示す図である。 【図２】本発明の実施の形態１に係る集積型光導波路デバイス（可変光減衰器）の変形例の構成を模式的に示す図である。 【図３】本発明の実施の形態２に係る集積型光導波路デバイス（可変光減衰器アレイ）の構成を模式的に示す図である。 【図４】従来の可変光減衰器を説明するための図である。 【符号の説明】 １０ 位相シフタ部２０ 入力部２１ 光入力ファイバ２２ Ｙ分岐回路２３ 方向性結合器３０ 出力部３１ 光出力ファイバ３２ Ｙ分岐回路３３ 方向性結合器４０ 光導波路１００ 位相シフタ部アレイ２００ 入力部３００ 出力部

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