JPS62183406A

JPS62183406A - 導波形光干渉計

Info

Publication number: JPS62183406A
Application number: JP2527386A
Authority: JP
Inventors: Masao Kawachi; 河内　正夫; Norio Takato; 高戸　範夫; Kaname Jinguji; 神宮寺　要
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-02-07
Filing date: 1986-02-07
Publication date: 1987-08-11
Anticipated expiration: 2009-09-14
Also published as: JPH0672964B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、導波形光干渉計に関するものであり、更に詳
述するならば、低挿入損失で且つ結合−率を正確に設定
可能な導波形光干渉計に関するものである。

従来の技術２個の光結合器、例えば方向性結合器を２本の光導波路
で連結して構成される光干渉計は、マツハ・ツエンダ−
形光干渉計とも呼ばれ、光スィッチ、光センサ及び最近
では周波数多重光通信用合分波器に使用されている。こ
の光干渉計は、その構成により、〔１〕バルク形、（２
）ファイバ形、（３）導波形の３神類に分類できるが、
信頼性、生産性、及びコンパクト性等の理由から、平面
基板上に構成する導波形が最有望視されている。

第４図は、光スィッチへの応用を目的として構成された
従来の導波形光干渉計の構成説明図である。

基板１上に形成された方向性結合器２．３は、近接した
２本の光導波路からなり、その結合率はいずれも５０％
（完全結合長の１／２）になるように設定されている。

方向性結合器２．３の間を連結する２本の光導波路４．
５の光路長は、該２本の光導波路途上に位置する位相シ
フタ４ａ、５ａを動作させない状態で同一になるように
設定されている。

入力ポート１ａから入射された信号光は、上記の状態で
は出カポ−）２ｂから出射されるが、光導波路４．５の
間に１８０°光位相に相当する光路長差が生じるように
位相シフタ４ａ、５ａの少なくとも一方を作動させれば
、信号光は出力ボート１ｂから出射され光スィッチとし
て動作する。ただし、光スィッチとしての消光比特性を
高めるためには、方向性結合器２．３の結合率を精度良
く５０％に設定する必要がある。

方向性結合器や光導波路がＬｉＮｂ０ｉ結晶基板にＴｉ
イオンを選択的に拡散させて形成される導波形光干渉計
では、方向性結合器近傍に電極を設けて、電気光学効果
による屈折率変化を利用して方向性結合器の結合率を５
０％にチューニングする手段を用いることができる。し
かし、ＬｉＮｂＣ）＋系光導波路を用いた導波形光干渉
計では、光フアイバ接続損や導波路損が比較的大きく、
結果として挿入損失が３〜６ｄ［ｌ程度と大きくなる欠
点があった。

光ファイバと同質の材料からなる石英系ガラス光導波路
を用いて導波形光干渉計を構成すると、光フアイバ接続
損や導波路損は低下するが、石英系ガラスでは電気光学
効果が小さいので、初めから上記結合率が正確に５０％
になるように方向性結合器を石英ガラス基板あるいはシ
リコン基板上に精度良く形成する必要があった。

しかし、方向性結合器の結合率は結合器を構成する導波
路の寸法や間隔、屈折率差等にきわめて敏感であり、さ
らに製造条件のわずかな変化によっても結合率が大きく
変化するため、正確に５０％の結合率を実現することは
困難であり、光干渉計としての製造歩留りがきわめて低
いという根本的な問題点があった。

発明が解決しようとする問題点このように、従来のＬｉＮｂ○３系光導波路のような電
気光学効果による屈折率変化を利用した導波形光干渉計
では、挿入損失が大きいという問題があった。

一方、石英系ガラス光導波路を用いた導波形光干渉計で
は、挿入損失は改善されるものの、上述のように、上記
結合率を正確に設定することは困難であった。

そこで、本発明は、低挿入損失で且つ上記結合率を正確
に設定可能な導波形光干渉計を提供せんとするものであ
る。

問題点を解決するための手段すなわち、本発明によるならば、基板と、該基板に設け
られた２本の光導波路と、該２木の光導波路をそれぞれ
光導波路の異なる位置で結合する２つの光結合部と、該
２つの光結合部の間の前記光導波路に設けられ該光導波
路の光路長を微調する光位相シフタ部とを具備する導波
形光干渉計において、前記２つの光結合部の各々は、前
記２本の光導波路をそれぞれ光導波路の異なる位置で結
合するように前記基板に形成された２つの方向性結合器
と、該２つの方向性結合器の間を連結している光導波路
の少なくとも一方の光導波路に設けられて光路長を微調
するように前記基板に形成された光位相シフタとから構
成される。

芸月以上のような本発明による導波形光干渉計においては、
２つの光結合部の各々は、２本の光導波路で連結された
２つの方向性結合器と、その２つの方向性結合器の間の
連結光導波路の光路長を微調整する光位相シフタとから
構成されている。

従って、各光結合部がそれ自体１つの光干渉計を構成し
ているので、光干渉計としての原理により各光結合部の
結合率をそれぞれ正確に設定できる。それ故、従来の方
向性結合器では正確に５０％の結合率を実現することが
困難であった石英系ガラス光導波路などのガラス光導波
路で、導波形光干渉計の光導波路を構成しても、結合部
の結合率を正確にチューニングすることができる。

従って、石英系ガラス光導波路を用いて導波形光干渉計
を構成すれば、従来のＬｉＮｂＯ３系光導波路を用いた
ものに比して、光フアイバ接続損及び導波路損が低下し
、結果として挿入損失の改善が実現できる。

それ故、上記した本発明による導波形光干渉計は、挿入
損失が低く、且つ光結合部の正確にチューニングされた
結合率により正確な光分岐、光合分波、光スイツチ動作
を実現することができる。

実施例以下添付図面を参照して本発明による導波形光干渉計の
実施例を説明する。

実施例１第１図は、本発明の第１の実施例の導波形光干渉計の構
成を示す概略図である。

第１図に示すように、図示の導波形光干渉計は、基板１
を有しており、その基板１の一方の端には光入力ポート
１ａ及び２ａが形成され、それら先入カポ−）１ａ及び
２ａから２本の光導波路が互い離れてほぼ平行に延びて
いる。それら２本の光導波路が、エバネッセント結合す
るように互いに近接して形成される分布結合導波路部分
が第１の方向性結合器２１ａを構成している。そして、
その方向性結合器２１ａからは再び２つの光導波路に別
れ、それぞれ光路長を微調する光位相シフタ２１ｃ及び
２１ｄが形成されている。更に、２本の光導波路は、再
びエバネッセント結合するように互いに近接した分布結
合導波路部分で第２の方向性結合器２１ｂを形成してい
る。これら方向性結合器２１ａ及び２１ｂ並びに光位相
シフタ２１ｃ及び２１ｄが全体として１つの光結合部２
１を形成する。

更に、第２の方向性結合器２１ｂから分かれた２つの光
導波路４及び５には、それぞれ光位相シフタ４ａ及び５
ａが設けられており、それら光位相シフタが設けられた
部分に続いて光導波路４及び４は、エバネッセント結合
するように互いに近接して第３の方向性結合器２２ａを
形成している。そして、その方向性結合器２２ａに続き
再び２つの光導波路に別れ、それぞれ光位相シフタ２２
ｃ及び２２ｄが形成されている。そして更に、２本の光
導波路は再びエバネッセント結合するように互いに近接
して第２の方向性結合器２２ｂを形成している。

その後、光導波路は再び分かれて、光出力ボート１ｂ及
び２ｂまでそれぞれ延びている。これら方向性結合器２
２ａ及び２２ｂ並びに光位相シフタ２２ｃ及び２２ｄは
全体としてもう１つの光結合部２２を形成する。

以上の２つの光導波路は石英系ガラス光導波路で構成さ
れる。また、光結合部２１．２２は全く同じ構成をとっ
ており、以上の説明から明らかなように、それぞれ２つ
の方向性結合器を設けた一種の光干渉計を構成している
。

従って、以上の構成の導波形光干渉計において、光結合
部２１．２２を構成する方向性結合器２１ａ、２１ｂ。

２２ａ、２２ｂは必ずしも正確に５０％の結合率に設定
されている必要はない。位相シフタ２１ｃ、２１ｄおよ
び２２ｃ、２２ｄを駆使して連結光路の光路長差をｆｆ
ｉＫＭすることにより、光結合部２１．２２の全体とし
ての結合率をそれぞれ５０％にチューニングできるから
である。このチューニングが可能である−ためには個々
の方向性結合器２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂの結合
長は完全結合長の少なくとも１／４を越えていれば良く
、製造上の許容精度は大幅に緩和される。

このように、光結合器部２１．２２の結合率が５０％に
チューニングされた第１図の光干渉計は、消光比の優れ
た光スィッチとして動作する。

第１図における位相シフタ４　ａｓ　５　ａ、　２１ｃ
。

２１ｄ、２２ｃ及び２２ｄにおいて、石英系ガラス等の
材料で光導波路を形成している場合には、結合率をチュ
ーニングするのに電気光学効果原理を利用することはで
きない。しかしながら、必要な位相シフト量は２π程度
すなわち光路長変化として１波長程度であるので、すべ
ての材料に見られる熱光学効果を利用することができる
。石英系ガラスの熱光学係数　ｄｎ／ｄＴは＋１０−５
／ｌ：程度であるので、５　ｍｍ長の石英系ガラス光導
波路の温度を２０℃程度上昇させると１μｍ程度の光路
長変化を得ることができる。

第２図は、温度上昇のためのヒータを石英系ガラス光導
波路に装荷して位相シフタを構成した例であり、第２図
ａは平面図、第２図すは線分晶′における断面図を示す
。

第２図に示すように、基板３１上に石英系ガラスクラッ
ド層３３ｃが形成されており、そのクラッド層３３ｃの
中に形成された２本の石英系ガラスコア部が、２本の光
導波路３３ａ、３３ｂを構成している。

第２図において、それら２本の石英系ガラス光導波路：
３：３ａ、３３ｂは、両端において、エバネッセント結
合するように近接して方向性結合器３２ａ、３２ｂを形
成している。それら方向性結合器３２ａ、３２ｂの間を
連結している連結光導波路途上に装荷された位相シフタ
部は、光導波路３３ａ、３３ｂを加熱するために該光導
波路上のクラッド層３３ｃ上に設けられたヒータ３４ａ
、３４ｂで構成されている。ヒータ３４ａ、３４ｂには
リード３５ａ、３５ｂを通して電圧が印加される。

光導波路３３ａ、３３ｂの断面寸法は光干渉計に接続す
べき単一モード光ファイバのコア径に合わせて約１０μ
ｍ程度に設定されており、クラッド層３３ｃの厚みは通
常数１０μｍである。このような石英系ガラス光導波路
は、５ＩＣ１４、ＴｌＣ１４等の原料ガスの火炎加水分
解反応によるガラス膜の堆積技術と反応性イオンエツチ
ング技術との組合せによる周知の方法で作製できる。

ヒータ３４ａ、３４ｂは例えば幅５０μｍ１光導波路に
沿った長さ５ｍｍとし、厚さ（）、　５ｍｍ程度にＮｉ
［：ｒ金属を蒸着することにより形成することができる
。

リード３５ａあるいは３５ｂを通して、例えば数１００
ｍＷ程度の電力を印加するとヒータ３４．ａ、３４ｂの
下部の光導波路の温度が上昇し、２木の光導波路間で伝
搬光に数π程度の位相変化を与えることができる。すな
わちリード３５ａあるいは３５ｂの一方にのみ所要の電
力を印加すれば２本の光導波路間に伝搬光の１波長に相
当する光路長変化が生じることになる。

このようにして構成した光干渉計の光スィッチとしての
挿入損失はζ入出力ファイバ持続損を含めて１〜２ｄＢ
程度、消光比は２５ｄＢ以上であった。

なお、位相シフタとしては、上記の熱光学効果原理に基
づ（ものの他、光導波路に１０μｍ程度のギャップを設
は液晶を封入して、適当な電極構成で液晶分子の配向を
変化させることによって生じる大きな屈折率変化を利用
する方法を用いることも可能である。

なお、位相シフタは、２本の光導波路間にわずかな光路
長差を与えるものであるから、いずれか一方の光導波路
途上の位相シフタを省略することも可能である。

実施例２第３°図は、本発明による導波形光干渉計を周波数多重
光通信用合分波器に適用した実施例である。

第１の実施例との相違点は光導波路４．５０間に光路長
差Δβが設けられていることである。人カポ−）１ａ、
２ａから、それぞれ周波数ｆ１、ｆ２の光信号を入射さ
せ、上記光路長差Δβを特定値に設定すれば、ｆ、　、
ｆ２の光信号はすべて出力端子１ｂに合波される。例え
ば、 Δｆ”ｌｆ、ｆ２１＝１０Ｇｌｌｚの場合には上記特定の光路長差Δｌは１０ｍｍ程度であ
る。位相シフタ４ａあるいは５ａにより光路長差△ｌに
数π程度以下の変位を与え調節することにより、出力端
を２ｂに切換えることも可能である。第３図の構成で逆
方向に使用することにより分波器としての作用を持たせ
ることもできる。

上記の動作は、光結合部２１．２２の結合率が正確に５
０％にチューニングされていることを前提とするが、こ
れが確実に達成できることは実施例１の場合と同様であ
る。

このような分合波器においては、光路長差△ｅの異なる
ものを多段に接続して、さらに４波用、８波用等の合分
波器を構成することもできる。

なお、第３図において、光導波路伝条損が無限小でない
ため光路長差Δβに起因して光干渉計全体のバランスが
くずれることも想定されるが、このアンバランスは位相
シフタ２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ。

２２ｄの調整により、光結合部２１．２２の結合率を５
０％よりわずかにずらすことにより吸収することができ
る。

以上２つの実施例において、本発明は、石英ガラス光導
波路より構成される光干渉計のみならず、多成分系ガラ
ス光導波路やプラスチック系光導波路等による導波形光
干渉計に適用することもできる。

発明の効果以上の説明から明らかなように、本発明による導波形光
干渉計は、挿入損失が低く、且つ光結合部の結合率の正
確なチューニングが可能である。

また、光干渉計製作時に必要とされる方向性結合器の結
合率設定精度が大幅に緩和されるので、製造歩留りが大
きく向上する。このことは、光スイッチマ）　ＩＪワッ
クス周波数多重光合分波器等のように光干渉計を単一基
板上に多数個集積して構成する場合に極めて有利である
。

従って、本発明による導波形光干渉計は、光スィッチ、
光センサ及び周波数多重光通信用合分波器等広い範囲に
わたって活用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による導波形光干渉計の第１の実施例
の構成を示す概略図である。第２図は、本発明による導波形光干渉計に装荷する位相
シフタの構造の１例を示す概略図であり、第２図ａは、
上記位相シフタの平面図を、第２図すは同じく断面図を
それぞれ示す。第３図は、本発明による導波形光干渉計の第２の実施例
の概略図であり、周波数多重光合分波器の構成を示す。第４図は、従来の導波形光干渉計の構成概略図である。（主な参照番号）１・・基板、　　２．３・・方向性結合器、４．５・・
光導波路、ｌａ、２ａ・・入力ポート、１ｂ１２ｂ・・
出力ポート、４ａ、５ａ・・位相シフタ、２１、２２・・光結合部、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ　・・方向性結合器、
２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄ　・・位相シフタ、３
１・・基板、３２ａ、３２ｂ・・方向性結合器、３３ａ、　３３ｂ　・−光導波路、　３３ｃクラッド層
、３４ａ、　３４ｂ　・−ヒータ、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板と、該基板に設けられた２本の光導波路と、
該２本の光導波路をそれぞれ光導波路の異なる位置で結
合する２つの光結合部と、該２つの光結合部の間の前記
光導波路に設けられ該光導波路の光路長を微調する光位
相シフタ部とを具備する導波形光干渉計において、前記
２つの光結合部の各々は、前記２本の光導波路をそれぞ
れ光導波路の異なる位置で結合するように前記基板に形
成された２つの方向性結合器と、該２つの方向性結合器
の間を連結している光導波路の少なくとも一方の光導波
路に設けられて光路長を微調するように前記基板に形成
された光位相シフタとを有することを特徴とする導波形
光干渉計。
（２）前記２つの方向性結合器の間を連結している光導
波路のそれぞれに付属して２つの光位相シフタが前記基
板に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の導波形光干渉計。
（３）前記光導波路は、前記基板に形成されたガラス光
導波路またはプラスチック系光導波路であり、前記方向
性結合器の各々は、前記２つの光導波路がエバネッセン
ト結合するように近接された分布結合導波路部分で構成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
または第（２）項記載の導波形光干渉計。
（４）前記光位相シフタは、前記２つの方向性結合器の
間を連結している前記光導波路の上に形成されたヒータ
であることを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載
の導波形光干渉計。
（５）前記ヒータは、前記２つの方向性結合器の間を連
結している前記光導波路を囲むクラッド層上に蒸着され
た金属膜であることを特徴とする特許請求の範囲第（４
）項記載の導波形光干渉計。
（６）前記光位相シフタは、前記２つの方向性結合器の
間を連結している前記光導波路の途中に設けられた液晶
と、該液晶に電界を印加するための電極とから構成され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載
の導波形光干渉計。