JPS63147145A

JPS63147145A - 導波形マツハ・ツエンダ光干渉計

Info

Publication number: JPS63147145A
Application number: JP29522686A
Authority: JP
Inventors: Masao Kawachi; 河内　正夫; Norio Takato; 高戸　範夫; Mitsuho Yasu; 安　光保; Kaname Jinguji; 神宮寺　要
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-12-11
Filing date: 1986-12-11
Publication date: 1988-06-20
Anticipated expiration: 2009-08-10
Also published as: JPH0660982B2

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、入射光の偏光方向にかかわらず安定動作の可
能な導波形マッハ・ツェンダ光干渉Ｓ１に関づるもので
ある。

〔従来技術および問題点〕

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（Ｍ成される光干渉計はマッハ・ツェンダ光
干渉計とげばれ、尤スイッチや光センリ、さらに最近で
は周波数多重光通信合分波器などに使用されている。こ
のマッハ・ツェンダ光干渉計は、その構成により、（１
）バルク形、（２）ファイバ形、（３）導波形の３種類
に分類できるが、信頼性、生産性、小形軽量性等の理由
から平面基板上に構成する導波形のものが最有望視され
ている。

また、マッハ・ツェンダ光干渉計は、光路構成面から、
（ａ）対称形と（ｂ）非対称形に分類することもできる
。対称形は２個の光結合器を連結する２本の光導波路の
長さが等しいものであり、非対称形は故意にそれらの長
さに差を与えたものである。

第３図は、光周波数多重合分波器への応用を目的に構成
された従来の非対称導波形光干渉計の構成の説明図であ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａＪ図における線分Δ
Ａ′に沿っての断面拡大図である。

図において、シリコン基板１上に石英系ガラス材料によ
り形成された方向性結合器２．３は、近接した２本の石
英系単一モード光導波路からなり、その結合率はいずれ
もほぼ５０％になるように設定されている。また、方向
性結合器２．３の間を連結する２本の光導波路４．５は
長さがΔしたけ箕なっている。

このようなマッハ・ツェンダ形光干渉計では、入力ボー
ト１ａから入射した信号光の光周波数を変化させていく
と、八ｆ＝□・□ ２ｎ　　　ΔＬ（Ｃは光速、ｎは光導波路の屈折率）を周期として出力ボート１ｂ、２ｂに交互に信号光を取
り出せることが知られている。したがって、例えば、１
．５５μｍ帯において、Δｆ＝１０ＧＩ１２だけ光周波
数間隔の離れた２本の信号光ｆｌ。

ｆ２を入カポ−１−１ａから同時に入射させると、上式
に従ってΔＬ均１０ｍｍに設定しておくと、出力ボート
１ｂ、２ｂに２つの信号光ｆ、、ｆ２を分離してとり出
すことができる。実際にはマッハ・ツェンダ光干渉計の
１述の周期を信号光ｆ＋。

ｆ２の周波数値と同期させ、希望の出力ポートに、希望
の信号光を取り出づために、一方の光導波路５の上部に
は、光導波路５の実効的な光路長を熱光学効果によって
１波長程度変化させるための移相器として薄膜ヒータ６
が形成されており、第３図の光干渉計は全体として光周
波数多重合分波器として機能する。

しかし、この従来の導波形光干渉こ１では以下のような
問題点があった。すなわら、シリコン基板１とその上に
形成された光導波路４．５との熱膨張係数が異なること
から、光導波路は基板と平行方向の圧縮応力を受け、そ
のため応力複屈折性を右することになり、実効屈折率ｎ
が入射光の偏光方向によってわずかに異なる。したがっ
て、入用光の偏光方向をいずれか一方に合わせておかな
いど、光周波数多Φ合分波器としての動作が全く不能に
なるという問題があった。

本発明は、従来の導波形光干渉計の欠点を解決し、入射
光の偏光方向に依存しない導波形マッハ・ツェンダ光干
渉計を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記従来技術の問題点を解決する方法としては、光導波
路の複屈折を零にづることかまず考えられるが、平面基
板上に形成される光導波路において？ｌｌ１ｌｉ′Ｉ折
を零にでることは作製上極めて困難である。

これに対し、本発明はむしろ光導波路の複屈折の存在を
認めて実効的にマッハ・ツェンダ光干渉計の偏光依存性
を解Ｈ’Ｉするものである。

基板に垂直な偏光方向を有するＴＭ波と基板に平行な偏
光方向をｎりるＴＥ波の実効屈折率の差を複屈折値Ｂと
すると、偏光方向に依る光導波路４．５（第３図）の光
路長差Ｒは次式で与えられる。

Ｒ＝　ｆ　８ｄＪ　＋　−ｆ　ＢｄＪ　２　　　　　　
　・・・（１）ここで、Ｊ＋　、　Ｊ２はそれぞれ２本
の光ヌ９波路４．５に沿う線座標ぐある。また、ｆ　Ｂ
ｄＪ　＋　とｆＢｄＪ２はＢ値のそれぞれの光導波路に
沿う線積分値であり、積分範囲は、方向性結合器２から
方向性結合器３までである。

本発明は、Ｒが使用光の波長の整数倍値（Ｏを含む）に
なるようにＢ値を局所的に調節しておくことを最大の特
徴としている。すなわら、光波長λの整数倍の光位相差
はマッハ・ツェンダ光干渉計では識別できないことから
、見掛は上、ＴＭ波の干渉条件とＴ、Ｅ波の干渉条件と
が一致することに着目したものである。Ｂ値の局所的調
節は、具体的には少なくとも一方の光導波路に沿フてこ
の光導波路の両側に応用調節溝を設けることによりなさ
れる。

このような設定により、従来問題であったＴＭ波の分離
条件とＴＥ波の分離条件とのずれは解消し、同一の簿膜
ヒータ移相器駆動条件で、マッハ・ツェンダ光干渉π１
は入用波の偏光状態に依らず光周波数多重合分波器とし
て同一・の動作をすることができるようになる。

以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。

以下に示す図中にｒＮｌｌじ符号によって示された要素
は同じものを表している。

〔実施例１〕第１図は、本発明の第１の実施例を説明する図であって
、（ａ）は導波形マッハ・ツェンダ光干渉計の平面図、
（ｂ）は（ａ）図における線分ＡＡ’　に沿った断面拡
大図である。この図に示した実施例のマッハ・ツェンダ
光干渉計と第３図に示した従来例のマッハ・ツェンダ光
干渉計とは、光導波路４の一部に、光導波路４の応力複
屈折値を局所的に変化させるための応力調節溝２１ａ、
２１ｂが形成されている点で異なる。

本実施例では、厚さ０．７ｍｍのシリコン基板１の上に
厚さ５０μｍの石英系ガラスクラッドＨ１２が形成され
ており、ぞのクラッド層１２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４．５を構成してい
る。これら２本の石英系ガラス光導波路４，５はエバネ
ッセント結合するように近接して、結合比５０％の方向
性結合器２．３を形成している。

光導波路４．５の断面寸法は約６μ７ｒＬ×６μｍに設
定されており、クラッド層１２との比屈折率差は０．７
５％である。また、光導波路４，５の曲線部は５ｍｍ程
度の曲率半径をもって構成されている。このような石英
系単一モード光導波路は、ｓｉ　Ｃ１ａ　、　Ｔｔ　Ｃ
１４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み合わけ
による周知の方法で作製できる。応力調節溝２１８．２
１ｂは光導波路４のコア部の両側のクラッド層１２の一
部を反応性イオンエツチングにより除去することにより
形成されている。したがって、導波路４の両側に形成し
た応力調節溝２１ａ、２１ｂは、導波路４がｇｔ板１か
ら受けている導波路幅方向の圧縮応力を緩和する働きが
ある。応力調節溝２Ｌａ、２１ｂ形成領域の光導波路４
の良さをＪ　１２とすると、前記式（１）で与えられた
偏光方向に依存する２木の光導波路の光路長差Ｒは次式
のようになる。

Ｒ＝８・ΔＬ　−（Ｂ−８”　　）　Ｊ　１２　　　・
・・（２）式中、ΔＬは２本の光導波路の長さの差であ
り、本実施例ではΔＬ＝１０ｍとした。また、Ｂは応力
調節溝２１ａ、２１ｂ未形成領域の光導波路４の複屈折
値であり、本実施例ではＢ≠４×１０−４であった。ま
た、Ｂ９は応力調節溝２１ａ、２１ｂ形成領域の光導波
路４の複屈折値である。Ｂ９は応力調節溝２１ａ、２１
ｂによってはさまれたクラッドＦＡの幅Ｗ（第１図（ｂ
、ｌ参照）によって規定され、ここでは〜Ｖ＃１５０μ
ｍと選ぶことにより、複屈折値を半分に減少させ、Ｂ＝
２ｘ１０−’とした（一般に８９はＷの減少とともに減
少する）前記したようにＲを波長λの整数倍になるよう
光干渉計の複屈折構造を設３１すれば、入ｔＡ偏波依存
性を解消できるが、本実施例ではＢ≠４×１０−４車、Ｂ　　＃２Ｘ１０−’、　△Ｌ汝１０ｍ＝１０’　１
１ｍに対応してＪｔ２＃１２．３ｍと設定すると、前記
（２）式よりＲ＃１．５５μｍ、すなわち使用光波長の
１倍にＲを調節することかできる。

実際、上記の数値例をもって構成されたマッハ・ツェン
ダ光干渉計は、光周波数多重通信用合分波器として、入
射信号光の偏波方向に依らず安定な動作を示すことをｉ
認した。

なお、本発明は上記のＢ＊とＪ　１２の和み合わせに限
定されるものでなく、式（１）あるいは式（２）を満足
りる範囲で種々の組み合わせがあることはもちろんであ
る。例えば、Ｗを９０μ７ｎ程度に設定覆ると、Ｂ“＝
ｉｘｉｏ−４となるが、この場合Ｊ＋？＃１３．３ｍと
設定して、Ｒ＃Ｏすなわち使用光波長の′零倍に１≧を
調節しで漏光依存性を解消することも可能である。

〔実施例２〕第２図は本発明の第２の実施例を示す説明図であり、実
施例１と同様、シリコン基板１上に石英系単一モード光
導波路４．５で方向性結合器２゜３を連結した非対称形
のマッハ・ツェンダ光干渉計（光路長差へＬ　＃　５　
ｍｍ　）が構成されている。実施例１とは逆に短かい方
の光導波路５に沿って、その一部に長さ、１２１にわた
って応力調節溝２１ａ。

２１ｂが形成されている。この場合、前記（１）式で与
えられたＲは次式のように表わされる。

Ｒ＝［３・Δｌ＋　（Ｂ−８”　）Ｊ２＋　　・・・（
３）そこで、ΔＬ＃５Ｍ、Ｂ＃４Ｘ１０−４．８’″絢
２Ｘ１０’、７２１　＝５．５ｍｍと設定することによ
り、Ｒ＃３．１μｍ＝ｉ、５５μ７１ＬＸ２すなわち、
Ｒを波長１．５５μｍの２倍調節して、やはりマッハ・
ツェンダ光干渉計の偏波依存性を実効上解消することが
できた。

なお、実施例１．実施例２のいずれの場合も、薄膜ヒー
タ移相器６は、２本の光導波路の光路長差を信号光の光
周波数値に合わせて１波長程度変化させ、マッハ・ツェ
ンダ光干渉計の周波数分離周期を信号光の周波数値に同
調させる目的のものであるから、光導波路５上に設ける
かわりに光導波路４上に設けてもよい。

また、薄膜ヒータ移相器６は、熱光学効果原理に基づく
もので、その移相作用は、等方向、すなわらＴＥ波、Ｔ
Ｍ波いずれにも同等に働くので、偏波依存性が移相器６
において発生する懸念はないことを付記する。

さらにまた、上記実施例では、光干渉に１を構成する光
結合器として方向性結合器を利用したが、方向性結合器
の代わりにＹ字形の分岐・合流器によりマッハ・ツェン
ダ光干渉計を構成したものも本発明の範囲に含まれる。

また、上記実施例では応力調節ｉｔＡの深さはクラッド
層の厚さすべてとしているが、この深さはその中間の値
でもよく、溝の深さが深くなる程Ｂ＊は減少する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、非対称導波形マッハ
・ツェンダ光干渉計を構成する２本の甲−モード光導波
路の複屈折値を特定長にわたって、応用調節溝の作用で
局所的に制御することにより、実効的に光干渉計の偏波
依存性を解消覆るもので、入射光の偏波方向に依存しな
い安定な光干渉計動作を実現できる利点がある。すなわ
ち、偏波面コントローラ等の余計な光学装置を用いるこ
となく光周波数多単回路や干渉計形光センサ回路等を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の７ツハ・ツエンダ光干
渉計の構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）図の
線分Ａ△′における断面拡大図、第２図は本発明の第２
の実流例のマッハ・ツェンダ光干渉Ｃ１の構成平面図、
第３図は従来のマッハ・ツェンダ光干渉計の構成図であ
る。１・・・基板、ｌａ、２ａ−人力ポート、１ｂ、２ｂ・
・・出力ポート、２．３・・・方向性結合器、４．５・
・・光導波路、６・・・薄膜ヒータ移相器、２１ａ、２
１ｂ・・・応力調節溝。第１図第２図第３図（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２個の光結合器を長さの異なる２本の応力複屈折
性光導波路で連結してなるマッハ・ツェンダ光干渉計に
おいて、それぞれの光導波路についてその導波路複屈折
Ｂを前記２個の光結合器間で線積分した値の差が使用光
波長λの整数倍にほぼ等しくなるように少なくとも一方
の光導波路に沿ってこの光導波路の両側に応力調節溝を
設けたことを特徴とする導波形マッハ・ツェンダ光干渉
計。
（２）光導波路がシリコン基板上に形成されてなる石英
系ガラス単一モード光導波路であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の導波形マッハ・ツェンダ光干
渉計。