JP2012203129A - 光導波回路およびその製造方法ならびに光導波回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より容易に小さなＰＤＦＳを実現可能な光導波回路およびその製造方法、ならびに、より容易に小さなＰＤＦＳを実現可能な光導波回路を用いた光導波回路装置を提供すること。
【解決手段】光導波路からなる光干渉計と、前記光干渉計を構成する光導波路の少なくとも一部に沿って配置された、前記光導波路に該光導波路の２つの屈折率主軸において互いに異なる可逆的な屈折率変化を与える加熱と、前記光導波路に該光導波路の２つの屈折率主軸において互いに異なる恒久的な屈折率変化を与える加熱とを行う加熱部と、を備え、前記光干渉計は、前記恒久的な屈折率変化を与える加熱が行われたことによって偏波依存周波数シフトが低減されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光導波回路およびその製造方法ならびに光導波回路装置に関する。

伝送速度が４０Ｇｂｐｓの差動四値位相変調（Differential Quadrature Phase Shift Keying：ＤＱＰＳＫ）、または差動位相変調（ＤＰＳＫ）通信方式において、Ｄ(Ｑ)ＰＳＫ光信号を復調する復調素子として、マッハツェンダー（Mach-Zehnder Interferometer：ＭＺＩ）型干渉計などの導波路型光干渉計を用いて遅延回路を構成した光導波回路が使用されている。この種の復調素子においては、偏波依存周波数シフト（Polarization Dependent Frequency Shift：ＰＤＦＳ）の許容量は非常に小さく、位相差にして３〜５度程度であると言われている。ここで、ＰＤＦＳとは、光干渉計によって生じた透過特性のピークが、光導波路を伝搬する光の２つの偏波状態（ＴＭ波とＴＥ波）の間で差が生じる現象のことである。

上述した３〜５度程度の許容量は、例えば、ＦＳＲ（Free Spectral Range）が２３ＧＨｚの遅延回路を用いる４０Ｇｂｐｓ−ＤＱＰＳＫ通信方式の場合、周波数としては２００〜３００ＭＨｚ程度に対応し、きわめて小さい量である。そこで、これまでにＰＤＦＳを解消する種々の技術が提案されている（たとえば特許文献１〜７）。

ＰＤＦＳを解消する技術として、まず、波長板(旋光子)を用いる技術が開示されている。たとえば、特許文献１では、屈折率主軸を光導波路基板の主表面に対して４５度傾けた半波長板と、屈折率主軸を光導波路基板の主表面に対して平行にした半波長板(リターダ)とにより構成され、入力された光の偏波状態を９０度または−９０度だけ回転させる旋光子を用いる技術が開示されている。このような旋光子をＭＺＩ干渉計に挿入することにより、ＭＺＩ干渉計を構成する光カプラにおいて発生した偏波変換光の影響も含めて、ＰＤＦＳを解消することができる。

また、ＰＤＦＳを解消する他の技術として、光導波路を局所的に加熱してその屈折率や複屈折率を恒久的に変化させ、ＰＤＦＳを解消する技術が開示されている。この技術は、高精度にＰＤＦＳを調整し、かつその調整された特性を恒久的に維持することができる実用的な手段であり、有用であると考えられている。なお、このように光導波路を加熱してその屈折率や複屈折率を恒久的に変化させることはトリミングと呼ばれることがある。

たとえば、特許文献２では、平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）のチップ上に薄膜ヒータを形成し、かつこのヒータ幅などの構造により光導波路を局所加熱する領域を適切に設定することにより、トリミングによるＰＤＦＳの調整量を制御する技術が開示されている。

国際公開ＷＯ２００８／０８４７０７号公報 特許第３７０３０１３号公報 特許第２６１４３６５号公報 特許第４４０５９７８号公報 特許第２５９９４８８号公報 特許第３２２３９５９号公報 特開２０１０−０８５９０６号公報

しかしながら、伝送速度の高速化の要求に応えるために、より容易に小さなＰＤＦＳを実現可能な光導波回路およびその製造方法がますます求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より容易に小さなＰＤＦＳを実現可能な光導波回路およびその製造方法、ならびに、より容易に小さなＰＤＦＳを実現可能な光導波回路を用いた光導波回路装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光導波回路は、光導波路からなる光干渉計と、前記光干渉計を構成する光導波路の少なくとも一部に沿って配置された、前記光導波路に該光導波路の２つの屈折率主軸において互いに異なる可逆的な屈折率変化を与える加熱と、前記光導波路に該光導波路の２つの屈折率主軸において互いに異なる恒久的な屈折率変化を与える加熱とを行う加熱部と、を備え、前記光干渉計は、前記恒久的な屈折率変化を与える加熱が行われたことによって偏波依存周波数シフトが低減されたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路は、上記の発明において、前記加熱部は、１つのヒータによって構成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路は、上記の発明において、前記加熱部は、前記可逆的な屈折率変化を与える加熱を行うヒータと、前記恒久的な屈折率変化を与える加熱を行うヒータとによって構成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路は、上記の発明において、前記ヒータは、前記光導波路の２つの屈折率主軸において互いに異なる屈折率変化を与えるように、幅および前記光導波路までの距離が設定されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路は、上記の発明において、前記光干渉計は、マッハツェンダー型干渉計であることを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路は、上記の発明において、差動位相変調光信号を復調させる復調素子として構成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路は、上記の発明において、前記可逆的な屈折率変化を与えたときの前記光導波路の屈折率変化の情報をもとに前記恒久的な屈折率変化が与えられたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路は、上記の発明において、前記屈折率変化の情報は前記光干渉計の偏波依存周波数シフトであることを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路は、上記の発明において、前記光干渉計は中心に対して略対称形に構成されており、前記対称形の略中心に前記光干渉計の偏波依存周波数シフトを低減するための１／２波長板が挿入されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路は、上記の発明において、所定の波長における前記光干渉計の偏波依存周波数シフトが２００ＭＨｚ以下であることを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路は、上記の発明において、前記１／２波長板を挟んで２つの前記加熱部が配置されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路装置は、上記の発明に記載の光導波回路と、前記加熱部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路装置は、上記の発明に記載の光導波回路と、前記加熱部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、当該光導波回路装置の使用時において、前記１／２波長板を挟んで配置された前記２つの加熱部に略同一の電力を与えて前記可逆的な屈折率変化を与える加熱を行わせることを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路の製造方法は、光導波路からなる光干渉計を備える光導波回路の製造方法であって、前記光干渉計を構成する光導波路の少なくとも一部に、該光導波路の２つの屈折率主軸において互いに異なる可逆的な屈折率変化を与える第１の加熱を行い、前記可逆的な屈折率変化を与える加熱による前記光導波路の屈折率変化の情報をもとに、前記光干渉計の偏波依存周波数シフトを低減するように、前記光導波路の少なくとも一部に該光導波路の２つの屈折率主軸において互いに異なる不可逆的な屈折率変化を与える第２の加熱を行う、ことを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路の製造方法は、上記の発明において、前記屈折率変化の情報は前記光干渉計の偏波依存周波数シフトであることを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路の製造方法は、上記の発明において、所定の波長における前記光干渉計の偏波依存周波数シフトが２００ＭＨｚ以下になるように前記第２の加熱を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る光導波回路の製造方法は、上記の発明において、前記第１の加熱を行った場合の屈折率変化に基づく偏波間位相差変化量と前記第２の加熱を行った場合の屈折率変化に基づく偏波間位相差変化量との相関関係に基づいて、前記第２の加熱を行うべき前記光導波路の領域および加熱量を設定することを特徴とする。

本発明によれば、より容易に小さなＰＤＦＳを実現可能な光導波回路を実現できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る光導波回路の模式的な平面図である。 図２は、図１に示す光導波回路のＸ−Ｘ線断面図である。 図３は、図１に示す光導波回路のＹ−Ｙ線断面図である。 図４は、幅が異なるヒータにおける、ヒータによる加熱量と光導波路の恒久的な屈折率変化量との関係を示す図である。 図５は、ヒータ電力と偏波間位相差変化量との関係の一例を示す図である。 図６は、累積トリミング時間と偏波間位相差変化量との関係の一例を示す図である。 図７は、ＰＤＦＳの調整の一例のフロー図である。 図８は、初期状態におけるＰＤＦＳの波長依存性の一例を示す図である。 図９は、可逆的屈折率変化のためのアーム導波路の加熱を行った場合のヒータ電力と各波長でのＰＤＦＳとの関係の一例を示す図である。 図１０は、累積トリミング時間と各波長でのＰＤＦＳとの関係を示す図である。 図１１は、可逆的屈折率変化のためのアーム導波路の加熱を行った場合のヒータ電力と各波長でのＰＤＦＳとの関係の別の一例を示す図である。 図１２は、実施の形態２に係る光導波回路装置の模式的な平面図である。 図１３は、実施の形態３に係る光導波回路の模式的な平面図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る光導波回路およびその製造方法ならびに光導波回路装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態１）
はじめに、本発明の実施の形態１に係る光導波回路について説明する。本実施の形態１に係る光導波回路は、ＤＱＰＳＫ光信号の復調素子として使用できる、シリカガラス系材料からなるＰＬＣ型の光導波回路である。

図１は、実施の形態１に係る光導波回路の模式的な平面図である。図１に示すように、光導波回路１００は、入力光導波路１０と、入力光導波路１０に接続したＹ分岐光導波路２０と、ＭＺＩ干渉計３０、４０と、出力光導波路５１〜５４と、１／２波長板６１、６２と、ヒータ７１〜７８と、とを備えている。

入力光導波路１０は、端面１００ａ側に形成された光入力ポートＰinに接続しており、端面１００ｂに沿って略直線状に形成されている。

Ｙ分岐光導波路２０は、分岐光導波路２１、２２を備える。分岐光導波路２１、２２は、端面１００ｂ、１００ｃに順次沿って延伸し、さらに屈曲して端面１００ａ側に向かって延伸しており、全体的にＵ字状に形成されている。

ＭＺＩ干渉計３０は、Ｙ分岐光導波路２０の分岐光導波路２１に接続しており、入力側カプラ３１と、出力側カプラ３２と、入力側カプラ３１と出力側カプラ３２との間を接続する長さが異なるアーム光導波路３３、３４とを有する。ＭＺＩ干渉計４０は、Ｙ分岐光導波路２０の分岐光導波路２２に接続しており、入力側カプラ４１と、出力側カプラ４２と、入力側カプラ４１と出力側カプラ４２との間を接続する長さが異なるアーム光導波路４３、４４とを有する。

入力側カプラ３１、４１および出力側カプラ３２、４２は、いずれも方向性結合器で構成された２入力×２出力の３ｄＢカプラである。入力側カプラ３１、４１の一方の入力ポート側がＹ分岐光導波路２０の分岐光導波路２１、２２と接続している。

アーム光導波路３４とアーム光導波路４３とは交点Ｐ１〜Ｐ４で交差している。なお、交点Ｐ１〜Ｐ４では、各アーム光導波路３４、４３を導波してきた光はそのままそれぞれの光導波路を導波していくように交差角が調整されている。

ＭＺＩ干渉計３０、４０は、順次端面１００ｂ、１００ａ、１００ｄに沿うように延伸しており、全体的にＵ字状かつ紙面左右に対して略対称形に形成されている。

出力光導波路５１、５２は、ＭＺＩ干渉計３０の出力側カプラ３２の各出力ポートに接続し、出力光導波路５３、５４は、ＭＺＩ干渉計４０出力側カプラ４２の各出力ポートに接続している。また、出力光導波路５１〜５４は、端面１００ｃ側に形成された光出力ポートＰout１〜Ｐout４のそれぞれに接続している。

ここで、ＭＺＩ干渉計３０の２つのアーム光導波路３３、３４には、長い側のアーム光導波路３３を伝搬するＤＱＰＳＫ光信号の位相を短い側のアーム光導波路３４を伝搬するＤＱＰＳＫ光信号の位相に対してシンボルレートの１ビット（１ビットのタイムスロット：１タイムスロット）に相当する遅延量だけ遅延させる光路長差を持たせてある。例えば、伝送速度が４０Ｇｂｐｓの場合、Ｉチャネル、Ｑチャネルそれぞれのシンボルレートは２０Ｇｂｐｓなので、遅延量は５０ｐｓとする。これにより、ＭＺＩ干渉計３０では、隣接するタイムスロットの光同士が干渉する。同様に、ＭＺＩ干渉計４０の２つのアーム光導波路４３、４４には、長い側のアーム光導波路４３を伝搬するＤＱＰＳＫ光信号の位相を短い側のアーム光導波路４４を伝搬するＤＱＰＳＫ光信号の位相に対して１タイムスロットに相当する遅延量だけ遅延させる光路長差を持たせてある。これにより、ＭＺＩ干渉計４０では、隣接するタイムスロットの光同士が干渉する。

また、ＭＺＩ干渉計３０では上記光路長差は、上記１ビットに相当する遅延量に、光信号の位相でπ/４に相当する長さだけ長く設定されている。また、ＭＺＩ干渉計４０では上記光路長差は、上記１ビットに相当する遅延量に、光信号の位相でπ/４に相当する長さだけ短く設定されている。これによって、ＭＺＩ干渉計３０で干渉する隣接するタイムスロットの光の位相と、ＭＺＩ干渉計４０で干渉する隣接するタイムスロットの光の位相とがπ/４ずれるため、ＭＺＩ干渉計３０とＭＺＩ干渉計４０とではπ／２だけ位相がずれた干渉特性を持つ。

また、ＭＺＩ干渉計３０の短い側のアーム光導波路３４の光路長と、ＭＺＩ干渉計４０の短い側のアーム光導波路４４の光路長が互いに異なり、かつ、Ｙ分岐光導波路２０からＭＺＩ干渉計３０のアーム光導波路３４を経てＭＺＩ干渉計３０の出力側の出力光導波路５１、５２に至るまでの光路長と、Ｙ分岐光導波路２０からＭＺＩ干渉計４０のアーム光導波路４４を経てＭＺＩ干渉計４０の出力側の出力光導波路５３、５４に至るまでの光路長とを全て略等しくしている。

１／２波長板６１、６２は、ＭＺＩ干渉計３０、４０の左右対称の略中心の位置に、アーム光導波路３３、３４、４３、４４を横切るように２つが略平行に並べられて配置されている。１／２波長板６１は、各アーム光導波路の屈折率主軸に対してその主軸が４５度だけ傾斜するように配置される。１／２波長板６２は、各アーム光導波路の屈折率主軸に対してその主軸が平行または水平になるように配置される。

１／２波長板６１は、入力された光の直交する２つの偏波状態（すなわち、アーム光導波路の屈折率主軸に沿ったＴＥ偏波とＴＭ偏波）を互いに入れ替えて、ＰＤＦＳを低減する機能を有する。また、１／２波長板６２は、入力側カプラ３１、４１および出力側カプラ３２、４２等での偏波変換が発生した場合でも、偏波変換光の干渉条件を偏波変換されない通常光の干渉条件と同一として、偏波変換によるＰＤＦＳの劣化を抑制する。その結果、特許文献１と同様に、ＰＤＦＳはより一層低減される。

ヒータ７１〜７８は、アーム光導波路３３、３４、４３、４４上の一部に、各アーム光導波路に沿って形成されている。なお、ヒータ７１、７３は、１／２波長板６１、６２を挟んでアーム光導波路３３上に配置されている。ヒータ７２、７４は、１／２波長板６１、６２を挟んでアーム光導波路３４上に配置されている。ヒータ７５、７７は、１／２波長板６１、６２を挟んでアーム光導波路４３上に配置されている。ヒータ７６、７８は、１／２波長板６１、６２を挟んでアーム光導波路４４上に配置されている。

ヒータ７１〜７８は、アーム光導波路３３、３４、４３、４４のトリミングを行うため、および、このトリミングの前に、トリミングによるＰＤＦＳの変化の方向および変化量を予め調査するために可逆的な屈折率変化を与えるために用いられる。なお、１／２波長板６１、６２によってＰＤＦＳは低減されている。しかし、このようにＰＤＦＳを低減しても、各光導波路の構造の設計誤差、製造誤差や、１／２波長板６１、６２の製造誤差等によって発生するＰＤＦＳが存在するので、これを低減するためにトリミングを行う。

つぎに、図２を用いて光導波回路１００の断面構造とヒータ７１〜７８の配置について説明する。図２は、図１に示す光導波回路１００のＸ−Ｘ線断面図である。図２に示すように、光導波回路１００は、たとえばシリコンからなる基板１０１上に形成されたシリカガラス系材料からなるクラッド層１０２内に、クラッド層よりも屈折率が高いコア部を形成して、このコア部を光導波路とすることで構成されている。なお、図２ではアーム光導波路３３、４３の断面を示している。なお、クラッド層１０２に対する各光導波路の比屈折率差はたとえば１．２％である。また、各光導波路の断面のサイズはたとえば６μｍ×６μｍである。

図２に示すヒータ７１、７５は、クラッド層１０２上に形成された、たとえばタンタル（Ｔａ）系材料などのヒータ材料からなる薄膜ヒータである。ヒータ７１、７５の幅をＷとする。また、アーム光導波路３３、４３の高さ方向中心からこれらの上方に位置するヒータ７１、７５までの距離をＬとする。以下、ヒータと光導波路との距離とは、光導波路の高さ方向中心からの距離とする。また、その他のヒータ７２〜７４、７６〜７８の幅もＷとし、これらのヒータと、対応する光導波路との距離もＬとする。本実施の形態１では、Ｗは５０μｍとし、クラッド層１０２の厚さは約６０μｍとし、Ｌを約１７μｍとする。

つぎに、図３を用いて１／２波長板６１、６２の配置について説明する。図３は、図１に示す光導波回路１００のＹ−Ｙ線断面図である。図３に示すように、１／２波長板６１、６２は、図示したアーム光導波路４３および不図示のアーム光導波路３３、３４、４４を横切るようにクラッド層１０２に形成された溝１０２ａ、１０２ｂに挿入されている。溝１０２ａ、１０２ｂは、アーム光導波路３３、３４、４３、４４に垂直な面に対して、アーム光導波路３３、３４、４３、４４の延伸方向に向けて約８度傾斜している。このように１／２波長板６１、６２が挿入される溝１０２ａ、１０２ｂに傾斜を設けることによって、アーム光導波路３３、３４、４３、４４を導波した光が１／２波長板６１、６２の表面で反射した場合に反射光がアーム光導波路３３、３４、４３、４４に戻ることが防止される。

つぎに、ヒータ７１〜７８の幅およびヒータ７１〜７８と対応するアーム光導波路との距離について説明する。図４は、幅が異なるヒータにおける、ヒータによる加熱量と光導波路の恒久的な屈折率変化量との関係を示す図である。

特許文献２にも示されるように、ヒータによってトリミングできる恒久的な屈折率変化量には偏波依存性がある。すなわち、光導波路のＴＥ偏波とＴＭ偏波とでは屈折率変化量が異なる。また、その偏波依存性はヒータの幅によって異なる。図４は、光導波路とヒータとの距離Ｌが１７μｍであり、ヒータの幅を１０μｍから１００μｍの間に設定した場合である。この場合、幅Ｗが距離Ｌの二倍の値Ｗ０に近い３０μｍの場合にＴＥ偏波とＴＭ偏波とでの屈折率変化量の差がほぼ無くなる（すなわち偏波依存性がなくなる）。ここで、偏波依存性が無いとは、例えば両偏波における屈折率変化量の差が約１％以内という意味である。また、ＷがＷ０より大きい場合は、ＴＭ偏波の方が屈折率変化量が大きい。ＷがＷ０より小さい場合は、ＴＥ偏波の方が屈折率変化量が大きい。

本実施の形態１では、ヒータ７１〜７８の幅Ｗを、距離Ｌの約２．９倍である５０μｍとしているので、ＴＭ偏波の方が、屈折率変化量が大きくなっている。また、いずれの幅の場合も、屈折率変化量は加熱量と略比例関係にある。

つぎに、本実施の形態１において、ヒータ７１〜７８に与えるヒータ電力とアーム光導波路３３、３４、４３、４４の偏波間位相差変化量との関係について説明する。ここで、偏波間位相差とは、ＴＭ偏波とＴＥ偏波での加熱による屈折率変化量の差を、光の位相差に変換して表した量を意味する。

図５は、本実施の形態１における、ヒータ電力と偏波間位相差変化量との関係の一例を示す図である。なお、偏波間位相差変化量はπで規格化している。ここで、横軸に示す０〜５００ｍＷのヒータ電力で光導波路を加熱した場合は、トリミングの場合の恒久的な屈折率変化とは異なり、熱光学効果（ＴＯ効果）によって屈折率が可逆的に変化する程度の熱が光導波路に与えられる。

図５に示すように、本実施の形態１では、ＴＯ効果によってヒータ電力と偏波間位相差変化量とは略比例しており、ヒータ電力を大きくするほど偏波間位相差変化量は大きくなる。このことは、本実施の形態１のヒータ７１〜７８によって、アーム光導波路３３、３４、４３、４４にＴＯ効果によって屈折率が可逆的に変化する程度の熱を与えると、図４に示す恒久的な屈折率変化と同様にＴＭ偏波での屈折率変化量の方が大きいため、ヒータ電力を大きくするほど偏波間位相差変化量が大きくなっていることを意味する。

図６は、本実施の形態１における、累積トリミング時間と偏波間位相差変化量との関係の一例を示す図である。ここで、累積トリミング時間とは、屈折率が恒久的に変化する程度の熱をアーム光導波路に与える累積時間を意味する。なお、図６ではヒータ電力を６Ｗとしている。図６に示すように、累積トリミング時間と偏波間位相差変化量とは略比例している。また、図４に示すように、本実施の形態１では、ＴＭ偏波での屈折率変化量が大きいため、ヒータ電力を大きくするほど偏波間位相差変化量が大きくなっていることを意味する。

図４〜図６に示すように、ＴＯ効果によって屈折率が可逆的に変化する熱量による偏波間位相差変化量と、トリミングの際の恒久的な屈折率変化量による偏波間位相差変化量との間には相関関係がある。そこで、以下に示す本実施の形態１に係る光導波回路１００の製造方法では、ヒータ７１〜７８によって、アーム光導波路３３、３４、４３、４４のトリミングを行う前にＴＯ効果による可逆的屈折率変化を発生させて屈折率変化の情報を得て、これによってトリミングによるＰＤＦＳの変化の方向および変化量を予め調査する。

以下、本実施の形態１に係る光導波回路１００の製造方法の一例について説明する。はじめに、公知の火炎堆積（Flame Hydrolysis Deposition、ＦＨＤ）法によるガラス微粒子の堆積とガラス化工程、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング、ＦＨＤ法とガラス化工程とを順次行い、基板１０１上に図１に示す各光導波路の構造を形成する。その後、スパッタ法等によるヒータ７１〜７８の形成、およびエッチング等による溝１０２ａ、１０２ｂの形成と１／２波長板６１、６２の挿入とを行う。これによって、図１に示す光導波回路１００の構造が形成される。

つぎに、ＰＤＦＳの調整を行う。図７は、ＰＤＦＳの調整の一例のフロー図である。図７に示すように、本調整方法では、はじめに、光導波回路１００の構造を形成した後の初期状態のＰＤＦＳの測定を行う（ステップＳ１０１）。つぎに、ステップＳ１０１の測定結果に基づいて、可逆的屈折率変化のためのアーム光導波路の加熱を行う（ステップＳ１０２）。つぎに、ステップＳ１０２の加熱によるＰＤＦＳの変化に基づいて、所望のＰＤＦＳ低減が可能かどうかの判定を行う（ステップＳ１０３）。所望のＰＤＦＳ低減が可能であれば（ステップＳ１０３、Ｙｅｓ）、続けてトリミングを行い（ステップＳ１０４）、可能でなければ（ステップＳ１０３、Ｎｏ）、不良と判断して工程を終了する。

以下、上記の方法によって光導波回路１００の構造を形成した光導波回路を実際に製造し、その調整を行った場合を例として説明する。

はじめに、ステップＳ１０１の工程について説明する。この工程では、ＭＺＩ干渉計３０の透過スペクトルの測定を行い、Ｃバンドを含む約１５２０ｎｍ〜１５７０ｎｍの波長帯域で約５ｎｍごとの波長ピークにおけるＰＤＦＳを求めた。図８は、初期状態におけるＰＤＦＳの波長依存性の一例を示す図である。図８に示すように、１／２波長板６１、６２を挿入しているにも関わらず、測定帯域内において６００ＭＨｚ〜７００ＭＨｚのＰＤＦＳが残留していた。

つぎに、この測定結果に基づいて、アーム光導波路３３上に１／２波長板６１、６２を挟んで対称に配置されたヒータ７１、７３を用いてトリミングを行うこととしたが、その前にこのヒータ７１、７３を用いて、以下のようにステップＳ１０２の可逆的屈折率変化のためのアーム光導波路３３の加熱を行った。

まず、ヒータ７１、７３に個別に１２０ｍＷ、２５０ｍＷ、および５００ｍＷの電力で通電を行った状態でそれぞれ透過スペクトル測定を行い、ＰＤＦＳを求めた。なお、図５に示すとおり、これらの電力はＴＯ効果によって屈折率が可逆的に変化する程度の熱をアーム光導波路３３に与えるものである。

図９は、可逆的屈折率変化のためのアーム光導波路の加熱を行った場合のヒータ電力と各波長でのＰＤＦＳとの関係の一例を示す図である。図９に示すように、ヒータ７３のヒータ電力を増加していくとＰＤＦＳが増加することが確認された。一方、ヒータ７１のヒータ電力を増加していくとＰＤＦＳが一旦減少し、その後増加することが確認された。図９に示す結果から、ステップＳ１０３の判定を行い、ヒータ７１に２５０Ｗの電力を通電させることでＰＤＦＳを極小にでき、２００ＭＨｚ以下に低減できる、すなわち所望のＰＤＦＳ低減が可能であると判定した。この結果から、ヒータ７１を用いてトリミングを行うことに決定した。

ここで、ヒータ７１を用いてトリミングを行う際のトリミング時間を、図５、図６に示す相関関係から見積もった。具体的には、図５より、ヒータに２５０ｍＷの通電を行った場合の偏波間位相差変化量は約０．０３５πであることが分かる。一方、図６から、約０．０３５πの偏波間位相差変化量を発生させるための累積トリミング時間は約５００秒である。したがって、ＰＤＦＳを２００ＭＨｚ以下に低減するために、偏波間位相差変化量を約０．０３５πとするために必要な累積トリミング時間は約５００秒であると見積もった。

つぎに、ステップＳ１０４のトリミングを行った。図１０は、累積トリミング時間と各波長でのＰＤＦＳとの関係を示す図である。図１０では、実験のためにまずヒータ電力を６Ｗとして４００秒のトリミングを連続して行った後にＰＤＦＳを測定した。さらに、その後同じヒータ電力で３０秒ずつ追加のトリミングを行った。すると、可逆的屈折率変化のための加熱の結果から予測された通りの約５００秒の累積トリミング時間で、所望の２００ＭＨｚ以下、より具体的には１５０ＭＨｚ以下のＰＤＦＳが実現された。

つぎに、ＭＺＩ干渉計４０にも、アーム光導波路４３に対応するヒータ７５、７７を用いて上記のステップＳ１０１〜Ｓ１０４の工程を適用したところ、１５０ＭＨｚ以下のＰＤＦＳが実現された。すなわち、上記の調整によって、４０Ｇｂｐｓ−ＤＱＰＳＫ通信方式にも適用できる、１５０ＭＨｚ以下のＰＤＦＳを有する光導波回路が実現できた。

なお、上記の調整方法を適用せずにトリミングを行う場合、ヒータ７３によってトリミングを行ってしまうおそれがある。この場合、図９に示すようにＰＤＦＳは増加してしまう。トリミングは恒久的な屈折率変化を発生させるものであるため、このようにＰＤＦＳが増加してしまうとその光導波回路は不良品となってしまう。また、ヒータ７１でトリミングを行う場合でも、累積トリミング時間を長くしすぎるとＰＤＦＳは極小値よりも増加してしまうおそれがある。

これに対して、上記調整方法によって予めトリミングをすべきヒータとその累積トリミングを決定することによって、ＰＤＦＳの不要な増加が防止されるため、光導波回路の製造歩留まりが高くなる。

なお、上記調整方法では、ヒータ７１、７３によって可逆的屈折率変化のためのアーム光導波路３３の加熱を行ったが、同様な方法でヒータ７２、７４によって可逆的屈折率変化のためのアーム光導波路３４の加熱を行ってもよい。また、同様な方法でヒータ７６、７８によって可逆的屈折率変化のためのアーム光導波路４４の加熱を行ってもよい。

つぎに、上記と同様に製造した別の光導波回路にステップＳ１０１、１０２の工程を適用した。図１１は、可逆的屈折率変化のためのアーム光導波路の加熱を行った場合のヒータ電力と各波長でのＰＤＦＳとの関係の別の一例を示す図である。この例の場合は、図１１に示すように、ヒータ７１、７３のいずれに通電した場合にも、ＰＤＦＳが４００ＭＨｚ以上であり、２００ＭＨｚ以下にできなかった。また、ヒータ７２、７４に通電した場合も同様に２００ＭＨｚ以下にできなかった。そこで、ステップＳ１０３の工程において所望のＰＤＦＳ低減が可能でないと判断し、ステップＳ１０４の工程を行わずに終了した。これによって、トリミングを行っても所望のＰＤＦＳ低減が可能ではない、不良品の光導波回路を効率的に識別でき、その後の不要なトリミングの工程を省略することができた。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２に係る光導波回路装置は、実施の形態１に係る光導波回路を備えたものである。

図１２は、本実施の形態２に係る光導波回路装置の模式的な平面図である。図１２に示すように、この光導波回路装置１０００は、図１に示す実施の形態１に係る光導波回路１００と、光導波回路１００のヒータ７１〜７８のそれぞれに接続した制御部１１０およびグラウンド端子１２０とを備えている。

光導波回路１００上にはヒータ７１〜７８と制御部１１０およびグラウンド端子１２０とを接続するための端子１３０および配線１４０が形成されている。

制御部１１０は、ヒータ７１〜７８に電力を供給するための電源チャネル１１０ａ〜１１０ｄを備えている。電源チャネル１１０ａは、同一のアーム光導波路３３上のヒータ７１、７３のそれぞれの一端に接続している。電源チャネル１１０ｂは、同一のアーム光導波路４３上のヒータ７５、７７のそれぞれの一端に接続している。電源チャネル１１０ｃは、同一のアーム光導波路３４上のヒータ７２、７４のそれぞれの一端に接続している。電源チャネル１１０ｄは、同一のアーム光導波路４４上のヒータ７６、７８のそれぞれの一端に接続している。また、グラウンド端子１２０は、ヒータ７１〜７８のそれぞれの他の一端に接続している。

この光導波回路装置１０００の光導波回路１００は、上記の調整方法によってＰＤＦＳが低減されている。しかし、光導波回路１００の干渉特性は、たとえば入力されるＤＱＰＳＫ光信号の波長に応じて変化する。そのため、この光導波回路装置１０００の使用時には、入力されるＤＱＰＳＫ光信号の波長において所望の干渉特性を実現するために、ヒータ７１〜７８によってアーム光導波路３３、３４、４３、４４に熱が与えられ、これによってＴＯ効果による屈折率調整が行われている。

ここで、ヒータ７１〜７８は、トリミングの前のＰＤＦＳの調査を行うために、ＴＯ効果に偏波依存性、すなわち偏波間位相差が発生するように、たとえば、その幅およびアーム光導波路３３、３４、４３、４４までの距離等が設定されている。一方、上記のような使用時のＴＯ効果による屈折率調整を行う場合には、ＴＯ効果に偏波依存性が発生しないほうが好ましい。

そこで、この光導波回路装置１０００では、１／２波長板６１、６２を挟んで同一のアーム光導波路上に配置された２つのヒータを同じ電源チャネルに並列接続して、同一の電力が与えられるようにしている。その結果、たとえばヒータ７１に電力を与えたときにアーム光導波路３３に発生する偏波間位相差と、ヒータ７３に電力を与えたときにアーム光導波路３３に発生する偏波間位相差とが１／２波長板６１、６２によってキャンセルされる。これによって、この光導波回路装置１０００は、製造歩留まりが高く、かつ使用時には偏波依存性がない適切な屈折率調整をできるものとなる。

なお、上記の理由から、光導波回路１００のトリミング前の調査の際には、１／２波長板６１、６２を挟んで同一のアーム光導波路上に配置された２つのヒータを同時に駆動せず、いずれか一方のみを駆動することが好ましい。このような一方のみの駆動をすることによって、発生する偏波間位相差がキャンセルされないため、トリミング前の調査が容易になる。

この光導波回路装置１０００では、同一の電力を与えるべきヒータを並列接続しているが、本発明はこれに限らず、各ヒータに個別に同一の電力を与えても良い。

（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３に係る光導波回路は、アーム光導波路にＴＯ効果を与えるヒータとトリミングを行うヒータとを別々のヒータで構成したものである。

図１３は、実施の形態３に係る光導波回路の模式的な平面図である。図１３に示すように、この光導波回路２００は、図１に示す実施の形態１に係る光導波回路１００において、ヒータ７１〜７８を削除し、ＴＯ効果付与のためのヒータ８１〜８８と、トリミングのためのヒータ９１〜９８と、を付加した構成を有する。

ヒータ８１、９１は、アーム光導波路３３上に１／２波長板６１、６２に対して入力光導波路１０側に配置されている。ヒータ８３、９３は、アーム光導波路３３上に１／２波長板６１、６２に対して出力光導波路５１〜５４側に配置されている。

ヒータ８２、９２は、アーム光導波路３４上に１／２波長板６１、６２に対して入力光導波路１０側に配置されている。ヒータ８４、９４は、アーム光導波路３４上に１／２波長板６１、６２に対して出力光導波路５１〜５４側に配置されている。

同様に、ヒータ８５、９５、ヒータ８６、９６は、それぞれアーム光導波路４３、４４上に１／２波長板６１、６２に対して入力光導波路１０側に配置されている。ヒータ８７、９７、ヒータ８８、９８は、それぞれアーム光導波路４３、４４上に１／２波長板６１、６２に対して出力光導波路５１〜５４側に配置されている。

この光導波回路２００でのＰＤＦＳの調整を行う場合は、たとえば、ＭＺＩ干渉計３０のアーム光導波路３３上のヒータ８１への通電でＰＤＦＳが低減できた場合は、１／２波長板６１、６２に対して同じ入力光導波路１０側のヒータ９１によってトリミングを行う。このように、同一のアーム光導波路上の１／２波長板６１、６２に対して同じ側のヒータを対にして事前調査とトリミングとを行うことによって、実施の形態１の場合と同様に単一のトリミング用のヒータによって良好なＰＤＦＳを得ることができる。

この光導波回路２００では、トリミングのためのヒータと、ＴＯ効果付与のためのヒータとを別々のヒータで構成しているので、各ヒータをその用途に応じて適切な構造、配置に設計することができる。たとえば、トリミングのためのヒータと、ＴＯ効果付与のためのヒータとを同一の構成としても良いし、別の構成としても良い。各ヒータをどのような構成としても、図５、６に示されるようなトリミングのためのヒータと、ＴＯ効果付与のためのヒータとの間の偏波間位相差変化量の相関関係を予め調べておき、その相関関係を用いて、実施の形態１の場合と同様の良好なトリミングを行うことができる。

また、上記実施の形態では、容易にトリミングすべきヒータを決定できるように、トリミングのためのヒータと、ＴＯ効果付与のためのヒータとで、電力付与時に同じ方向（符号）の偏波間位相差変化を与える構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限らず、可逆的なＴＯ効果を与える場合と、恒久的なトリミングを行う際の両方において、偏波間位相差変化が生じるようなヒータの構成であれば良い。

たとえば、ヒータの幅等の構造パラメータやトリミングのために付与する電力などのトリミングパラメータの選定方法により、逆向き（すなわちＴＥ偏波の方が屈折率変化量が大きい）の偏波間位相差変化を与える構成とすることもできる。その場合、たとえば実施の形態１の光導波回路１００の場合は、ヒータ７１でアーム光導波路３３にＴＯ効果を与えた場合にＰＤＦＳを低減できた場合には、１／２波長板６１、６２を挟んだ反対側のヒータ７３をトリミングするといったように、どのヒータでＴＯ効果を与えた場合に、どのヒータでトリミングをすると同様の偏波間位相差変化が与えられるのかをあらかじめ把握しておき、それに従ってトリミングに使用すべきヒータを決定すれば良い。

また、上記実施の形態では、複数のヒータのいずれか１つをトリミングに用いたが、本発明はこれに限ることなく、複数のヒータを同時にあるいは連続的に駆動してトリミングすることもできる。その場合でも上記実施の形態と同様に、事前のＴＯ効果による可逆的な偏波間位相差調整によって、トリミングに使用すべきヒータやトリミング量を決定することができる。

また、上記実施の形態は、ＤＱＰＳＫ光信号の復調素子としての光導波回路であるが、本発明はこれに限らず、各種光干渉計を備えた光導波回路に適用可能である。特に、光干渉計に１／２波長板を挿入してＴＭ偏波とＴＥ偏波とを入れ換える構成の場合は、干渉波形に現れるピークがＴＭ偏波とＴＥ偏波とのいずれかを判別することが困難であるので、光導波路のトリミングの前に可逆的なＴＯ効果を与えて事前にトリミングの方向を調べることが有効である。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態２に係る光導波回路装置において実施の形態３に係る光導波回路を用いてもよい。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。

１０ 入力光導波路
２０ Ｙ分岐光導波路
２１、２２ 分岐光導波路
３０、４０ ＭＺＩ干渉計
３１、４１ 入力側カプラ
３２、４２ 出力側カプラ
３３、３４、４３、４４ アーム光導波路
５１〜５４ 出力光導波路
６１、６２ １／２波長板
７１〜７８、８１〜８８、９１〜９８ ヒータ
１００、２００ 光導波回路
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ 端面
１０１ 基板
１０２ クラッド層
１０２ａ、１０２ｂ 溝
１１０ 制御部
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ 電源チャネル
１２０ グラウンド端子
１３０ 端子
１４０ 配線
１０００ 光導波回路装置
Ｐ１〜Ｐ４ 交点
Ｐin 光入力ポート
Ｐout１〜Ｐout４ 光出力ポート
Ｓ１０１〜Ｓ１０４ ステップ

Claims (17)

1. 光導波路からなる光干渉計と、
   前記光干渉計を構成する光導波路の少なくとも一部に沿って配置された、前記光導波路に該光導波路の２つの屈折率主軸において互いに異なる可逆的な屈折率変化を与える加熱と、前記光導波路に該光導波路の２つの屈折率主軸において互いに異なる恒久的な屈折率変化を与える加熱とを行う加熱部と、
   を備え、前記光干渉計は、前記恒久的な屈折率変化を与える加熱が行われたことによって偏波依存周波数シフトが低減されたものであることを特徴とする光導波回路。
2. 前記加熱部は、１つのヒータによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波回路。
3. 前記加熱部は、前記可逆的な屈折率変化を与える加熱を行うヒータと、前記恒久的な屈折率変化を与える加熱を行うヒータとによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波回路。
4. 前記ヒータは、前記光導波路の２つの屈折率主軸において互いに異なる屈折率変化を与えるように、幅および前記光導波路までの距離が設定されていることを特徴とする請求項２または３に記載の光導波回路。
5. 前記光干渉計は、マッハツェンダー型干渉計であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光導波回路。
6. 差動位相変調光信号を復調させる復調素子として構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光導波回路。
7. 前記可逆的な屈折率変化を与えたときの前記光導波路の屈折率変化の情報をもとに前記恒久的な屈折率変化が与えられたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光導波回路。
8. 前記屈折率変化の情報は前記光干渉計の偏波依存周波数シフトであることを特徴とする請求項７に記載の光導波回路。
9. 前記光干渉計は中心に対して略対称形に構成されており、前記対称形の略中心に前記光干渉計の偏波依存周波数シフトを低減するための１／２波長板が挿入されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光導波回路。
10. 所定の波長における前記光干渉計の偏波依存周波数シフトが２００ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項９に記載の光導波回路。
11. 前記１／２波長板を挟んで２つの前記加熱部が配置されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の光導波回路。
12. 請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光導波回路と、
    前記加熱部を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする光導波回路装置。
13. 請求項１１に記載の光導波回路と、
    前記加熱部を制御する制御部と、
    を備え、前記制御部は、当該光導波回路装置の使用時において、前記１／２波長板を挟んで配置された前記２つの加熱部に略同一の電力を与えて前記可逆的な屈折率変化を与える加熱を行わせることを特徴とする光導波回路装置。
14. 光導波路からなる光干渉計を備える光導波回路の製造方法であって、
    前記光干渉計を構成する光導波路の少なくとも一部に、該光導波路の２つの屈折率主軸において互いに異なる可逆的な屈折率変化を与える第１の加熱を行い、
    前記可逆的な屈折率変化を与える加熱による前記光導波路の屈折率変化の情報をもとに、前記光干渉計の偏波依存周波数シフトを低減するように、前記光導波路の少なくとも一部に該光導波路の２つの屈折率主軸において互いに異なる不可逆的な屈折率変化を与える第２の加熱を行う、
    ことを含むことを特徴とする光導波回路の製造方法。
15. 前記屈折率変化の情報は前記光干渉計の偏波依存周波数シフトであることを特徴とする請求項１４に記載の光導波回路の製造方法。
16. 所定の波長における前記光干渉計の偏波依存周波数シフトが２００ＭＨｚ以下になるように前記第２の加熱を行うことを特徴とする請求項１４または１５に記載の光導波回路の製造方法。
17. 前記第１の加熱を行った場合の屈折率変化に基づく偏波間位相差変化量と前記第２の加熱を行った場合の屈折率変化に基づく偏波間位相差変化量との相関関係に基づいて、前記第２の加熱を行うべき前記光導波路の領域および加熱量を設定することを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一つに記載の光導波回路の製造方法。

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