JP3885936B2 - 偏波制御回路アレイおよびそれを用いた光回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光部品の偏波無依存化を可能にする偏波制御回路アレイ、および、それを用いた偏波無依存の光回路に関する。光回路としては、例えば複数の波長の光について光強度を制御するための光増幅器アレイや光変調器アレイ、光スイッチアレイ、光減衰器アレイなどがある。本発明は光波長多重通信システムを構成する光部品に適用して有用である。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの爆発的な進展に伴う通信システムの大容量化への要請に応えるために、光波長多重通信が広く普及している。光波長多重通信システムを構成する上で、複数の波長毎に光強度を制御するための、光スイッチアレイ、光減衰器アレイといった各種の光部品が必須となっている。
【０００３】
しかしながら、高速伝送においては、光部品の持つ偏波依存損失（ＰＤＬ）といった偏波に依存して生じる効果が光信号の品質劣化を引き起し、問題となっていた。例えば、電気光学効果を利用して光強度変調を行うマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型ＬＮ変調器においては、電気光学効果が非常に大きな偏波依存性を持っているため、通常大きなＰＤＬが発生する。
【０００４】
このＰＤＬは、ＭＺＩ型ＬＮ変調器を光減衰器もしくは光スイッチとして利用する場合、大きな問題となる。
【０００５】
そこで、ＰＤＬを解消するために従来、光を直交する２つの偏波に分波し、分波した光を同一の偏波（ＴＭ偏波）に変換した後、個別に変調を行うという手法が提案されている（例えば、G.Isikawa et al., ECOC96, Th3-3,Oslo 「80-Gb/s (2x40-GB-s) transmission experiments over 667-km dispersion-shifted fiber using Ti:LiNbO3 OTDM modulator and demultiplexer」）。
【０００６】
この手法による偏波無依存光変調器の概略構成例を図１２に示す。図１２中の符号で、 1201a-1201bは入力光導波路、1202および1216a-1216b は偏波合分波回路、1204および1214は通常の１／２波長板、 1206a-1206bおよび1212a-1212b は方向性結合器、 1208a-1208cはグランド電極、 1209a-1209bは信号電極、 1217a-1217bは出力光導波路を表す。また、 1203a-1203b,1205a-1205b,1207a-1207d,1210a-1210d,1213a-1213dおよび1215a-1215d は光導波路を表す。
【０００７】
偏波合分波回路1202と１／２波長板1204は、第１の偏波制御回路を構成する。１／２波長板1204は黒塗り部分で示すように、偏波合分波回路1202の上側出力ポートに接続した光導波路1203a, 1205a間の溝に挿入されている。偏波合分波回路1202は入力した任意偏波の光をＴＭ偏波とＴＥ偏波に分波する。１／２波長板1204は、分波した光のうちＴＥ偏波の光をＴＭ偏波に変換する。これにより、入力した光は直交する２つの偏波に分波され、分波した光は同一の偏波（ＴＭ偏波）に変換される。
【０００８】
方向性結合器1206a と、方向性結合器1212a と、その間の上側アーム（光導波路1207a,1210a)および下側アーム（光導波路1207b,1210b)と、下側アームに設けた信号電極1209a は、ＭＺＩ型ＬＮ変調器を構成する。同様に、方向性結合器1206b と、方向性結合器1212b と、その間の上側アーム（光導波路1207c,1210c)および下側アーム（光導波路1207d,1210d)と、上側アームに設けた信号電極1209b も、ＭＺＩ型ＬＮ変調器を構成する。これら上段、下段２つのＭＺＩ型ＬＮ変調器はともにＴＭ偏波の光を入力し、それぞれの信号電極1209a, 1209bに印加される電気信号に応じて、光強度を制御する。
【０００９】
１／２波長板1214と偏波合分波回路1216a,1216b は、第２の偏波制御回路を構成する。１／２波長板1214は黒塗り部分で示すように、隣接する２つの光導波路の各溝（下段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のスルーポートに接続した光導波路1213c,1215c 間の溝、並びに、そのクロスポートに接続した光導波路1213d,1215d 間の溝）に挿入されており、下段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のスルーポートおよびクロスポートから出力されるＴＭ偏波の２つの光を、ともにＴＥ偏波に変換する。偏波合分波回路1216a は、上段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のスルーポートから出力されたＴＭ偏波の光と、下段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のスルーポートから出力され、且つ、１／２波長板1214でＴＭ偏波からＴＥ偏波に偏波された光とを合波する。同様に、偏波合分波回路1216b は、上段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のクロスポートから出力されたＴＭ偏波の光と、下段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のクロスポートから出力され、且つ、１／２波長板1214でＴＭ偏波からＴＥ偏波に変換された光とを合波する。
【００１０】
動作の詳細は以下の通りである。
（１）入力光導波路1201a または1201b から入力した光は、偏波合分波回路1202でＴＥ偏波とＴＭ偏波に分波される。分波したＴＥ偏波の光は光導波路1203a を経て１／２波長板1204によりＴＭ偏波に変換された後、光導波路1205a を経て上段のＭＺＩ型ＬＮ変調器へ出力される。分波したＴＭ偏波の光は、光導波路1203b, 1205bを経てそのまま、下段のＭＺＩ型ＬＮ変調器へ出力される。
（２）上段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のスルーポートから出力されたＴＭ偏波の光は、光導波路1213a,1215a を経てそのまま、偏波合分波回路1216a に入力される。下段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のスルーポートから出力されたＴＭ偏波の光は、光導波路1213c を経て１／２波長板1214でＴＥ偏波に変換された後、光導波路1215c を経て偏波合分波回路1216a に入力される。偏波合分波回路1216a は入力したＴＭ偏波とＴＥ偏波を合波して、出力光導波路1217a へ出力する。
（３）同様に、上段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のクロスポートから出力されたＴＭ偏波の光は、光導波路1213b,1215b を経てそのまま、偏波合分波回路1216b に入力される。下段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のクロスポートから出力されたＴＭ偏波の光は、光導波路1213d を経て１／２波長板1214によりＴＥ偏波に変換された後、光導波路1215d を経て偏波合分波回路1216b に入力される。偏波合分波回路1216b は入力したＴＭ偏波とＴＥ偏波を合波して、出力光導波路1217b へ出力する。
【００１１】
上記のように、従来の偏波無依存光変調器では、偏波を全て電気光学効果の大きな偏波に設定することが可能となり、電気光学効果を効率良く利用できる。同時に、偏波無依存化が可能であるため、光変調器として非常に有効である。
【００１２】
ところで、光波長多重通信においては、波長毎に、光スイッチや光減衰器等の光強度制御器が必要となる。そこで、図１２に示した偏波無依存光変調器を利用して、例えば図１３に示すような４連の偏波無依存光変調器アレイが作製可能である。
【００１３】
図１３中の符号で、 1301a-1301dは入力光導波路、1302および1316は偏波合分波回路（楕円マーク）、1304および1314は通常の１／２波長板、1306および1313は方向性結合器（三角マーク）、1308はグランド電極、1309は信号電極、 1317a-1317hは出力光導波路、1318は交差導波路（丸マーク）を表す。簡単のため、他の光導波路の符号は省略する。
【００１４】
図１３では、偏波無依存光変調器アレイが４連であることから、第１の偏波制御回路アレイは４連であり、４個の偏波合分波回路1302と１個の１／２波長板1304からなる。ＭＺＩ型ＬＮ変調器アレイは８連であり、８個の方向性結合器1306と、１６個のアーム導波路と、８個の方向性結合器1313からなる。第２の偏波制御回路アレイは４連であり、８個の偏波合分波回路1316と１個の１／２波長板1314からなる。
【００１５】
第１の偏波制御回路アレイを構成する１／２波長板1304は、黒塗り部分が示すように連続して隣接する複数本（この例では４本）の光導波路に挿入される通常のものである。このような１／２波長板1304を所望の光導波路のみに挿入するために、第１の偏波制御回路アレイでは、多数の光導波路を複雑に引き回すとともに交差導波路1318を６個用いることにより、４個の偏波合分波回路1302と８個の方向性結合器1306を接続している。
【００１６】
同様に、第２の偏波制御回路アレイを構成する１／２波長板1314も、黒塗り部分が示すように連続して隣接する複数本（この例では４本）の光導波路に挿入される通常のものである。従って、１／２波長板1314を所望の光導波路のみに挿入するために、第２の偏波制御回路アレイでは、多数の光導波路を複雑に引き回すとともに交差導波路1318を２８個用いることにより、８個の方向性結合器1312と８個の偏波合分波回路1316を接続している。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１３に示したように、通常の１／２波長板1304,1314 を所望の光導波路のみに挿入する必要があることから、以下のような課題があった。
（１）複雑な光導波路の引き回しが必要であり、回路サイズの増大を招いていた。
（２）交差導波路1318が必要であり、過剰損失の増大を招いていた。
（３）光が通る経路によって交差導波路1318の数が異なるため、交差損失（交差導波路による過剰損失）の光経路依存性が生じていた。
【００１８】
交差損失の光経路依存性について、図１４を用いて具体的に説明する。図１４の回路構成は図１３と全く同じである。ここで、第１の偏波制御回路アレイの最上段の偏波合分波回路1302から第２の偏波制御回路アレイの最上段の偏波合分波回路1316へ至る２つの経路Ａ、Ｂを考える。経路Ａは最上段のＭＺＩ型ＬＮ変調器を通る光経路であり、経路Ｂは上から５段目のＭＺＩ型ＬＮ変調器を通る光経路である。また、例えば、基板にLiNbO3のＺカット、光導波路としてTi拡散光導波路を用い、交差角度を４０度とした場合、交差角１個当たり、０．２ｄＢの交差損失が発生するものとする。
【００１９】
従って、経路Ａの交差損失は交差導波路がないから０ｄＢとなり、経路Ｂの交差損失は交差導波路1318が１０個あるから２．０ｄＢとなり、過剰損失の光経路依存性が生じる。この構成の場合、経路Ａ、Ｂによる交差損失の差２．０ｄＢはそのままＰＤＬとなるため、非常に問題となる。
【００２０】
本発明の目的は、光導波路の複雑な引き回しと交差導波路を削減でき、小型で低損失な偏波制御回路アレイを実現すること、並びに、この偏波制御回路アレイを用いた小型で低損失な偏波無依存の光回路を実現することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記課題を解決する偏波制御回路アレイであり、２個以上の偏波合分波回路と、１枚以上の櫛歯状１／２波長板とを備え、前記櫛歯状１／２波長板が前記偏波合分波回路の入力光導波路または出力光導波路のいずれかに、光学が基板に対して４５度傾いて挿入されていることを特徴とする。
第１の発明によれば、入力した光を全て同一で単一な偏波に変換することができる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２２】
第２の発明は、上記課題を解決する光回路であり、第１の偏波制御回路アレイ、第２の偏波制御回路アレイおよび偏波依存性のある光強度制御回路アレイを備える光回路において、前記第１の偏波制御回路アレイと、前記光強度制御回路アレイと、前記第２の偏波制御回路アレイとが順に接続され、かつ、配置されており、前記第１および第２の偏波制御回路アレイが第１の発明の偏波制御回路アレイであることを特徴とする。
第２の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路、例えば偏波無依存の導波路型光増幅器アレイ、偏波無依存光変調器アレイ、偏波無依存光減衰器アレイが実現できる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２３】
第３の発明は、上記課題を解決する光回路であり、第１の偏波制御回路アレイ、第２の偏波制御回路アレイおよび偏波依存性のある光位相制御回路アレイを備える光回路において、前記第１の偏波制御回路アレイと、前記光位相制御回路アレイと、前記第２の偏波制御回路アレイとが順に接続され、かつ、配置されており、前記第１および第２の偏波制御回路アレイが第３の発明の偏波制御回路アレイであることを特徴とする。
第３の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路、例えば偏波無依存光スイッチアレイ、偏波無依存光変調器アレイ、偏波無依存光減衰器アレイが実現できる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２４】
第４の発明は、上記課題を解決する光回路であり、順に接続されかつ配置された、第１の光回路群、第２の光回路群および第３の光回路群を備え、前記第１の光回路群は、第１の光結合回路アレイと、第１の偏波制御回路アレイとが順に接続されたものであり、前記第２の光回路群は、前記第１の光回路群の出力光導波路に接続される、前記出力光導波路と同数の入出力光導波路と、前記入出力光導波路に装荷した光の位相を変化させるための位相シフト回路とから構成された光位相制御回路アレイであり、前記第３の光回路群は、第２の偏波制御回路アレイと、第２の光結合回路アレイとが順に接続されたものであり、前記第１および第２の偏波制御回路アレイが第１の発明の偏波制御回路アレイであることを特徴とする。
第４の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路、例えば偏波無依存光スイッチアレイ、偏波無依存光変調器アレイ、偏波無依存光減衰器アレイが実現できる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２５】
第５の発明は、上記課題を解決する光回路であり、順に接続されかつ配置された、第１の光回路群、第２の光回路群および第３の光回路群を備え、前記第１の光回路群は、第１の偏波制御回路アレイと、第１の光結合回路アレイとが順に接続されたものであり、前記第２の光回路群は、前記第１の光回路群の出力光導波路に接続される、前記出力光導波路と同数の入出力光導波路と、前記入出力光導波路に装荷した光の位相を変化させるための位相シフト回路とから構成された光位相制御回路アレイであり、前記第３の光回路群は、第２の光結合回路アレイと、第２の偏波制御回路アレイとが順に接続されたものであり、前記第１および第２の偏波制御回路アレイが第１の発明の偏波制御回路アレイであることを特徴とする。
第５の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路、例えば偏波無依存光スイッチアレイ、偏波無依存光変調器アレイ、偏波無依存光減衰器アレイが実現できる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２６】
第６の発明は、第５の発明において、前記第１の偏波制御回路アレイを構成する偏波合分波回路の数が前記第１の光結合回路アレイを構成する光結合回路の数より少なく、前記第２の偏波制御回路アレイを構成する偏波合分波回路の数が前記第２の光結合回路アレイを構成する光結合回路の数より少ないことを特徴とする光回路である。
第６の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、回路サイズがより小型化できる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２７】
第７の発明は、第４の発明において、前記第３の光回路群に代えて、前記第２の光回路群の出力側に反射面を備えたことを特徴とする光回路である。
第７の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、回路サイズがより小型化できるとともに、高効率な光位相制御が可能になる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２８】
第８の発明は、第５または第６の発明において、前記第３の光回路群に代えて、前記第２の光回路群の出力側に反射面を備えたことを特徴とする光回路である。
第８の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、回路サイズがより小型化できるとともに、高効率な光位相制御が可能になる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２９】
第９の発明は、第４または第７の発明において、個々の光回路群がそれぞれ異なる基板上に配置され、基板同士が端面で突き合わされて光回路群間の光導波路同士が光結合されてることを特徴とする光回路である。
第９の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、光回路作製の歩留まりが良くなる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００３０】
第１０の発明は、第５または第６または第８の発明において、個々の光回路群がそれぞれ異なる基板上に配置され、基板同士が端面で突き合わされて光回路群間の光導波路同士が光結合されてることを特徴とする光回路である。
第１０の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、光回路作製の歩留まりが良くなる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００３１】
ここで、光位相制御回路アレイとしては、位相制御に電気光学効果を利用したものや、熱光学効果を利用したものなどを用いることができる。電気光学効果を利用する場合は、光導波路としてニオブ酸リチウム系光導波路など電気光学効果の大きい材料を用いて作製すると良い。熱光学効果を利用する場合は、電気光学効果の大きい光導波路に限らず、石英系光導波路やプラスチック系光導波路など種種の光導波路を用いて作製することができる。
また、個々の光回路群を異なる基板上に配置して端面接続する場合、基板は同種のものであっても、異種のものであってもかまわない。光結合回路アレイと偏波制御回路アレイを含む光回路群をシリコン基板上に形成される石英系光導波路で作製した場合は、外部光ファイバとの接続に適し、また、櫛歯状１／２波長板挿入用の溝形成が容易である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の偏波制御回路アレイおよびそれを用いた光回路を説明する。
【００３３】
［第１の実施例］
図１に、本発明の第１の実施例として、偏波制御回路アレイの構成を示す。本実施例の偏波制御回路アレイは４連であり、４個の偏波合分波回路102a-102d と、１枚の櫛歯状１／２波長板103 を用いて構成されている。櫛歯状１／２波長板103 は、偏波合分波回路102a-102d の出力光導波路104a,104c,104e,104g に、主軸が光導波路に対して４５度傾いて、挿入されている。
【００３４】
この偏波制御回路アレイでは、回路を配置する基板として平面シリコン基板を用い、入力光導波路101a-101h や出力光導波路104a-104h など偏波制御回路アレイの構成に必要な光導波路として、石英系光導波路を用いている。
【００３５】
入力光導波路101a-101h はもとより、８本の出力光導波路104a-104h は図１より分かるように、交差せず、また、引き回されていない。本例では図示の如く、これらの光導波路は全て直線的に配置され、平行である。
【００３６】
４個の偏波合分波回路102a-102d はそれぞれ、入力光導波路101a-101h から入力した光をＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離し、出力光導波路104a-104h に出力する。
【００３７】
本実施例では、偏波合分波回路102aは出力光導波路104aにＴＥ偏波を、出力光導波路104bにＴＭ偏波を出力し、偏波合分波回路102bは出力光導波路104cにＴＥ偏波を、出力光導波路104dにＴＭ偏波を出力し、偏波合分波回路102cは出力光導波路104eにＴＥ偏波を、出力光導波路104fにＴＭ偏波を出力し、偏波合分波回路102dは出力光導波路104gにＴＥ偏波を、出力光導波路104hにＴＭ偏波を出力するものとする。
【００３８】
１／２波長板103 は、８本の出力光導波路104a-104h が上述の如く交差せず、引き回しされてないことから、そのうち所望の出力光導波路に挿入するために、通常のものとは異なり、櫛歯状になっている。具体的には、平行な８本の出力光導波路104a-104h のうち、１本おきの出力光導波路104a,104c,104e,104g に挿入できるように、出力光導波路104a-104h の間隔と幅に合わせて櫛歯状に形成してある。櫛歯状１／２波長板103 の４ヵ所の黒塗り部分が出力光導波路104a,104c,104e,104g に挿入した部分（歯の部分）である。
【００３９】
櫛歯状１／２波長板103 の挿入に際し、加工の便のため、８本の出力光導波路104a-104h 全てを一直線に分断する溝１を作製し、この溝１のうち、１本おきの出力光導波路104a,104c,104e,104g に対応する部分に、櫛歯状１／２波長板103 を挿入している。図２に櫛歯状１／２波長板103 の挿入部分を拡大して示す。図２中、符号２８は櫛歯状１／２波長板の光学主軸を表している。
【００４０】
櫛歯状１／２波長板103 は機械的には回路が配置されている平面（基板）に対して垂直に溝１に挿入されているが、光学的には出力光導波路104a,104c,104e,104g に対して、櫛歯状１／２波長板103 の光学主軸２８が４５度傾いた状態で挿入される。一般には、光導波路が基板平面と平行に作製されることから、櫛歯状１／２波長板103 は光学主軸２８を基板（平面）に対して４５度傾けて挿入される。
【００４１】
ここで、図１に示した偏波制御回路アレイにおける光信号の流れを説明する。例えば、入力光導波路101aに入力した光は偏波合分波回路102aに入射し、ＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する出力光導波路104aには櫛歯状１／２波長板103 が光学主軸を４５度傾けて挿入されているため、櫛歯状１／２波長板103 が光をＴＥ偏波からＴＭ偏波に変換する。ＴＭ偏波の光が伝搬する出力光導波路104bには櫛歯状１／２波長板103 が挿入されていため、光の偏波はＴＭ偏波のまま変わらない。その結果、２つの出力光導波路104a,104b からは全て、ＴＭ偏波の光が出射する。同様に、入力光導波路101bに光が入力した場合は２つの出力光導波路104c,104d から全てＴＭ偏波の光が、入力光導波路101cに光が入力した場合は２つの出力光導波路104e, 104fから全てＴＭ偏波の光が、入力光導波路101dに光が入力した場合は２つの出力光導波路104g,104h から全てＴＭ偏波の光が、それぞれ出射する。従って、本実施例の偏波制御回路アレイでは、入力した光を全て同一の偏波（ＴＭ偏波）に変換して出射することができる。
【００４２】
偏波制御回路アレイを、櫛歯状１／２波長板103 を用いて図１に示した構成とすることにより、下記▲１▼▲２▼に挙げる作用がある。
▲１▼交差導波路を削減できる。
▲２▼光導波路の複雑な引き回しを解消できる。
【００４３】
その結果、下記(1)(2)(3) に挙げる効果がある。
(1) 交差損失（交差導波路による過剰損失）を低減できる。
(2) 交差損失に起因した、損失の光経路依存性を解消できる。
(3) 回路サイズを低減できる
【００４４】
本実施例では入力した光を全てＴＭ偏波に変換しているが、櫛歯状１／２波長板103 を出力光導波路104b,104d,104f,104h に挿入すれば、入力した光を全てＴＥ偏波に変換して出射することができる。
【００４５】
また、本実施例では４連の偏波制御回路アレイを説明しているが、同様な２連以上の偏波制御回路アレイにおいても、上記と同様な効果が得られる。
【００４６】
また、本実施例では櫛歯状１／２波長板103 を１枚用いているが、２枚以上の櫛歯状１／２波長板を並べて用いても良い。櫛歯状１／２波長板を複数枚用いる方法は、偏波制御回路アレイが多連で出力光導波路の本数が多い場合など、１枚では櫛歯状１／２波長板の幅が長くなりすぎる場合に有用であり、複数枚の櫛歯状１／２波長板を光導波路の分断方向に並べると良い。
【００４７】
更に、溝１のうち櫛歯状１／２波長板103 が挿入されていない部分（白抜き部分）は、損失低減のために光導波路とほぼ同等の屈折率を持つ接着剤で埋めてある。損失が小さい場合は、溝が開いたままでも良い。
【００４８】
また、本実施例では加工の簡単のために溝１を全て出力光導波路104a-104h を分断して作製したが、櫛歯状１／２波長板103 が挿入される光導波路のみに溝を作製しても良い。
【００４９】
［第２の実施例］
図３に、本発明の第２の実施例として、偏波無依存導波路型光増幅器アレイの構成を示す。本実施例の導波路型光増幅器アレイは４連であり、４連の偏波制御回路アレイ（第１の偏波制御回路アレイ）２と、８連の光強度制御回路アレイ（強度変調回路アレイ）３と、４連の偏波制御回路アレイ（第２の偏波制御回路アレイ）４を用いて構成されている。この導波路型光増幅器アレイでも、回路を配置する基板として平面シリコン基板を用い、入力光導波路301a-301d や出力光導波路307a-307d など偏波制御回路アレイの構成に必要な光導波路として、石英系光導波路を用いている。
【００５０】
この導波路型光増幅器アレイは、偏波制御回路アレイ２と、光強度制御回路アレイ３と、偏波制御回路アレイ４を順次接続し、配置することで構成されている。本実施例では、これら偏波制御回路アレイ２、光強度制御回路アレイ３及び偏波制御回路アレイ４を異なる基板上に個別に作製した後、ＰＬＣ−ＰＬＣ基板接続により同一平面状に作製している。
【００５１】
偏波制御回路アレイ２は４個の偏波合分波回路302a-302d と１枚の櫛歯状１／２波長板303 を用い、４個の偏波合分波回路302a-302d の出力光導波路に、櫛歯状１／２波長板303 をその光学主軸を基板（光導波路）に対して４５度傾けて挿入したものであり、図１に示した偏波制御回路アレイと同様に構成されている。即ち、図１中の４個の偏波合分波回路102a-102d 、偏波合分波回路102a-102d の８本の出力光導波路104a-104h 、１枚の櫛歯状１／２波長板103 がそれぞれ、図３中の４個の偏波合分波回路302a-302d 、１枚の櫛歯状１／２波長板303 、偏波合分波回路302a-302d の８本の出力光導波路（符号はないが、光強度制御回路アレイ３の入力側に接続される光導波路）に相当する。
【００５２】
本例では、偏波制御回路アレイ２は入力した任意偏波の光を全て直交する２つの偏波（例えばＴＭ偏波とＴＥ偏波）に分波し、その後同一の偏波、例えばＴＭ偏波に変換するものとする。
【００５３】
偏波制御回路アレイ４は１枚の櫛歯状１／２波長板305 と４個の偏波合分波回路306a-306d を用いて構成され、櫛歯状１／２波長板305 は４個の偏波合分波回路302a-302d の入力光導波路に、その光学主軸を光導波路に対して４５度傾けて挿入されている。この偏波制御回路アレイ４では、櫛歯状１／２波長板305 と偏波合分波回路306a-306d の配置順は逆であるが、偏波制御回路アレイ２や図１に示した偏波制御回路アレイと同様、出力光導波路307a-307d はもとより、偏波合分波回路306a-306d の８本の入力光導波路（符号はないが、光強度制御回路アレイ３の出力側に接続される光導波路）は交差せず、また、引き回されていない。本実施例でも、これらの光導波路は全て直線的に配置され、平行である。詳細は後述する。
【００５４】
光強度制御回路アレイ３は、偏波制御回路アレイ２の出力光導波路及び偏波制御回路アレイ４の入力光導波路と同数の入出力光導波路と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）のアレイ素子をハイブリッド集積したものである。半導体光増幅器アレイ素子は８個の半導体光増幅器304a-304h を含み、個々の半導体光増幅器は個々の入出力光導波路に接続されている。
【００５５】
光強度制御回路アレイ３の各半導体光増幅器は、偏波制御回路アレイ２で変換された同一偏波（本例ではＴＭ偏波）の光強度を制御する。
【００５６】
図４に、光強度制御回路アレイ３として、２個の４連半導体光増幅器アレイ素子５、６を用いてハイブリッド集積したＰＬＣ実装基板を拡大して示す。図４において、固定用のAuSn半田パターン７、８が形成されたSiテラス搭載部９を高さ基準として、２個の４連半導体光増幅器アレイ素子５、６が高密度にハイブリッド実装され、Siテラス搭載部９両側の８本の入力光導波路コア１０及び８本の出力光導波路コア１１と光結合されている。なお、１２、１３はそれぞれ、４連半導体光増幅器アレイ素子５、６駆動用の電極を示している。
【００５７】
ここで、偏波制御回路アレイ４を詳細に説明する。１／２波長板305 は、上述した交差せず、引き回しされてない８本の入力光導波路のうち所望の光導波路に挿入するために、通常のものとは異なり、櫛歯状になっている。具体的には、平行な８本の入力光導波路のうち、１本おきの光導波路に挿入できるように、光導波路の間隔と幅に合わせて櫛歯状に形成してある。櫛歯状１／２波長板305 の４ヵ所の黒塗り部分が入力光導波路に挿入した部分（歯の部分）である。
【００５８】
この櫛歯状１／２波長板305 の挿入に際しても、加工の便のため、８本の入力光導波路全てを一直線に分断する溝１４を作製し、この溝１４のうち、１本おきの光導波路に対応する部分に、櫛歯状１／２波長板305 を挿入している。この櫛歯状１／２波長板305 も機械的には基板に対して垂直に溝１４に挿入されているが、光学的には光導波路に対して光学主軸が４５度傾いた状態で挿入される。一般には、光導波路が基板平面と平行に作製されることから、櫛歯状１／２波長板305 は基板に対して光学主軸を４５度傾けて挿入される。
【００５９】
本実施例では、櫛歯状１／２波長板305 は半導体光増幅器304b,304d,304f,304h が出力する光をＴＭ偏波からＴＥ偏波に変換する。
【００６０】
４個の偏波合分波回路306a-306d はそれぞれ、半導体光増幅器304a,304c,304e,304g から出力されたＴＭ偏波の光と、これと対をなすＴＥ偏波の光（半導体光増幅器304b,304d,304f,304h から出力され、かつ、櫛歯状１／２波長板305 でＴＭ偏波からＴＥ偏波へ変換された光）を合波して、出力光導波路307a-307d に出力する。
【００６１】
ここで、図３に示した導波路型光増幅器アレイにおける光信号の流れを説明する。例えば、入力光導波路301aに入力した光は偏波合分波回路302aに入射し、ＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路には櫛歯状１／２波長板303 が挿入されているため、櫛歯状１／２波長板303 が光をＴＥ偏波からＴＭ偏波に変換する。ＴＭ偏波の光が伝搬する光導波路には櫛歯状１／２波長板303 が挿入されていないため、光の偏波はＴＭ偏波のまま変わらない。その結果、２つの半導体光増幅器304a, 304bにはいずれもＴＭ偏波が入射することとなり、２つの半導体光増幅器304a, 304bに同じ電流を与えることで、偏波依存のない全く同様な増幅効率が得られる。そして、増幅された光のうち、一方を櫛歯状１／２波長板305 でＴＥ偏波に変換し、櫛歯状１／２波長板305 を通らない他方のＴＭ偏波と偏波合分波回路306aで合成する。その結果、出力光導波路307aからは、偏波無依存に増幅された光が得られる。同様に、入力光導波路301bに光が入力した場合は出力光導波路307bから、入力光導波路301cに光が入力した場合は出力光導波路307cから、入力光導波路301dに光が入力した場合は出力光導波路307dから、それぞれ偏波無依存に増幅された光が得られる。
【００６２】
このように偏波制御回路アレイ２を櫛歯状１／２波長板303 を用い、また、偏波制御回路アレイ４を櫛歯状１／２波長板305 を用いて、それぞれ図３に示した構成とすることにより、下記▲１▼〜▲５▼の作用効果がある。
▲１▼交差導波路を削減できる。
▲２▼光導波路の複雑な引き回しを解消できる。
▲３▼交差損失（交差導波路による過剰損失）を低減できる。
▲４▼交差損失に起因した、損失の光経路依存性を解消できる。
▲５▼回路サイズを低減できる
【００６３】
また、導波路型光増幅器アレイ全体の効果として、下記(1) 〜(4) 等があり、非常に有用である。
(1) 光強度制御回路アレイ３あるいは半導体光増幅器アレイ素子５、６単体の増幅効率に大きな偏波依存性があったとしても、偏波制御回路アレイ２、４を用いた構成により、偏波無依存な光増幅が可能である。
(2) 偏波制御回路アレイ２を用いて、光強度制御回路アレイ３の増幅効率が最も良い偏波に入力光を全て変換することにより、高効率な光増幅が可能となる。
(3) 偏波制御回路アレイ２と、光強度制御回路アレイ３と、偏波制御回路アレイ４とを個別に作製することにより、歩留良く導波路型光増幅器アレイを作製することができる。
(4) 増幅の仕方によって、光強度の増大、減衰、変調など種々の偏波無依存光強度制御を実現できる。
【００６４】
本実施例では４連の導波路型光増幅器アレイを説明しているが、同様な２連以上の導波路型光増幅器アレイにおいても、上記と同様な効果が得られる。
【００６５】
また、本実施例では偏波制御回路アレイ２と、光強度制御回路アレイ３と、偏波制御回路アレイ４とを個別に作製した後に、それらの基板を端面接続しているが、同一基板上に偏波制御回路アレイ２、光強度制御回路アレイ３および偏波制御回路アレイ４を全て作製しても、櫛歯状１／２波長板303,305 を用いたことによる効果が同様に期待できる。この場合、歩留りの低下が考えられるが、端面接続による過剰損失を解消できるという利点がある。
【００６６】
更に、本実施例では偏波制御回路アレイ４においても、偏波制御回路アレイ２と同様、溝１４のうち櫛歯状１／２波長板305 が挿入されていない部分（白抜き部分）は、損失低減のために光導波路とほぼ同等の屈折率を持つ接着剤で埋めてある。損失が小さい場合は、溝が開いたままでも良い。
【００６７】
また、加工の簡単のために溝１４を全ての入力光導波路を分断して作製したが、櫛歯状１／２波長板305 が挿入される光導波路のみに溝を作製しても良い。
【００６８】
また、本実施例では偏波制御回路アレイ４は櫛歯状１／２波長板305 が入力光導波路に挿入された４連のものであるが、同様な２連以上の偏波制御回路アレイを構成することができる。
【００６９】
また、本実施例では偏波制御回路アレイ４に櫛歯状１／２波長板305 を１枚用いているが、２枚以上の櫛歯状１／２波長板を並べて用いても良い。櫛歯状１／２波長板を複数枚用いる方法は、偏波制御回路アレイが多連で入力光導波路の本数が多い場合など、１枚では櫛歯状１／２波長板の幅が長くなりすぎる場合に有用であり、複数枚の櫛歯状１／２波長板を光導波路の分断方向に並べると良い。
【００７０】
更に、本実施例では偏波制御回路アレイ２により、入力した光を全てＴＭ偏波に変換して光強度制御回路アレイ３に出射しているが、櫛歯状１／２波長板303 の挿入位置をずらすことで、入力した光を全てＴＥ偏波に変換して光強度制御回路アレイ３に出射することができる。
【００７１】
また、偏波制御回路アレイ４中の櫛歯状１／２波長板305 の挿入位置をずらすことで、半導体増幅器304a,304c,304e,304g の出力光をＴＭ偏波からＴＥ偏波に変換することができる。
【００７２】
［第３の実施例］
図５に、本発明の第３の実施例として、偏波無依存光スイッチアレイの構成を示す。本実施例の光スイッチアレイは、４個の方向性結合回路（光結合回路）5A02,5B02,5A17,5B17 と、８個の偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b,5A14a,5A14b,5B14a,5B14b と、２枚の櫛歯状１／２波長板507,512 と、８連の光位相制御回路アレイ（詳細後述）を用いたものである。
【００７３】
言い換えれば、本実施例の光スイッチアレイは、第１の光結合回路アレイ（5A02,5B02)と、第１の偏波制御回路アレイ（5A05a,5A05b,5B05a,5B05b,507)と、光位相制御回路アレイと、第２の偏波制御回路アレイ（512,5A14a,5A14b,5B14a,5B14b)と、第２の光結合回路アレイ（5A17,5B17)とを順次接続してなる、２×２光スイッチを２つ上下並列に並べた２連の２×２光スイッチアレイである。
【００７４】
本実施例では、２連２×２光スイッチアレイの基板に、LiNbO3のＺカットを用いている。また、入力光導波路5A01a,5A01b,5B01a,5B01b や出力光導波路5A18a,5A18b,5B18a,5B18b 、他の光導波路5A03a,5A03b,5B03a,5B03b,5A04a,5A04b,5B04a,5B04b,5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d,5A08a,5A08b,5A08c,5A08d,5B08a,5B08b,5B08c,5B08d,5A09a,5A09b,5A09c,5A09d,5B09a,5B09b,5B09c,5B09d,5A13a,5A13b,5A13c,5A13d,5B13a,5B13b,5B13c,5B13d,5A15a,5A15b,5B15a,5B15b,5A16a,5A16b,5B16a,5B16b として、Ti拡散光導波路を用いている。
【００７５】
本実施例の光位相制御回路アレイは、位相シフト回路として、信号電極配線5A11a,5A11b,5A11c,5A11d,5B11a,5B11b,5B11c,5B11d 及びグランド電極配線5A10a,5A10b,5A10c,5A10d,5B10a,5B10b,5B10c,5B10d を装荷したものである。
【００７６】
図６を参照して、光位相制御回路アレイの構成を説明する。図６は図５中の線分Ａ１−Ａ２の断面図であり、光位相制御回路アレイの断面構造を示している。即ち、第１の偏波制御回路アレイと第２の偏波制御回路アレイ間を接続する各光導波路5A08a,5A08b,5A08c,5A08d,5B08a,5B08b,5B08c,5B08d は、その上部にバッファ層を介在して、位相制御を行うための電気信号を導波する信号電極5A11a,5A11b,5A11c,5A11d,5B11a,5B11b,5B11c,5B11d を装荷しており、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極配線5A10a,5A10b,5A10c,5A10d,5B10a,5B10b,5B10c,5B10d は各信号電極の脇に装荷されている。
【００７７】
第１の偏波制御回路アレイは、４個の偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b と光位相制御回路アレイとの間にて、偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b の出力導波路に櫛歯状１／２波長板507 を挿入することで、図３に示した偏波制御回路アレイ２と同様に構成されている。即ち、図３中の４個の偏波合分波回路302a-302d 、これら偏波合分波回路302a-302d の８本の出力光導波路、１枚の櫛歯状１／２波長板303 がそれぞれ、図５中の４個の偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b 、これら偏波合分波回路の８本の出力光導波路5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d 、１枚の櫛歯状１／２波長板507 に相当する。櫛歯状１／２波長板507 は、偏波合分波回路の８本の出力光導波路5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d のうち、１本おきに、４本の出力光導波路5A06b,5A06d,5B06b,5B06d に、光学主軸を基板に対して４５度傾けて挿入されている。
【００７８】
本実施例では、第１の偏波制御回路アレイは入力した任意偏波の光を全て直交する２つの偏波（例えばＴＭ偏波とＴＥ偏波）に分波し、その後同一の偏波、例えばＴＭ偏波に変換するものとする。
【００７９】
また、第２の偏波制御回路アレイは、光位相制御回路アレイと４個の偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b との間にて、偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b の入力導波路に櫛歯状１／２波長板512 を挿入することで、図３に示した偏波制御回路アレイ４と同様に構成されている。即ち、図３中の４個の偏波合分波回路306a-306d 、これら偏波合分波回路306a-306d の８本の入力光導波路、１枚の櫛歯状１／２波長板305 がそれぞれ、図５中の４個の偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b 、これら偏波合分波回路の８本の入力光導波路5A13a,5A13b,5A13c,5A13d,5B13a,5B13b,5B13c,5B13d 、１枚の櫛歯状１／２波長板512 に相当する。櫛歯状１／２波長板512 は偏波合分波回路の８本の入力光導波路5A13a,5A13b,5A13c,5A13d,5B13a,5B13b,5B13c,5B13d のうち、１本おきに、４本の入力光導波路5A13a,5A13c,5B13a,5B13c に、光学主軸を基板に対して４５度傾けて挿入されている。
【００８０】
第２の偏波制御回路アレイは、第１の偏波制御回路アレイで変換されていない方のＴＭ偏波を全てＴＥ偏波に変換するものとする。
【００８１】
第１、第２いずれの偏波制御回路アレイにおいても、櫛歯状１／２波長板507,512 を用いてるため、光導波路は交差せず、また、引き回されていない。光導波路は全て直線的に配置され、平行である。
【００８２】
ここで、図５に示した光スイッチアレイにおける光信号の流れと動作原理を説明する。例えば上段の２×２光スイッチにおいて、入力光導波路5A01a に入力した光は方向性結合回路5A02で光導波路5A03a,5A03b に等分配し、光導波路5A04a,5A04b に至る。光導波路5A04a,5A04b を伝搬する光は偏波合分波回路5A05a,5A05b に入射し、それぞれにてＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路5A06b,5A06d には光学主軸を４５度傾けて櫛歯状１／２波長板507 が挿入されており、ＴＥ偏波からＴＭ偏波へ変換する。位相制御を行うための光導波路5A08a-5A08d では、全てＴＭ偏波が伝搬する。これらのＴＭ偏波が光導波路5A08a-5A08d から光導波路5A09a-5A09d を経て伝搬する光導波路5A13a-5A13d のうち、光導波路5A13a,5A13c には光学主軸を４５度傾けた櫛歯状１／２波長板512 が挿入されており、伝搬するＴＭ偏波をＴＥ偏波へ変換する。この櫛歯状１／２波長板512 を通った光（ＴＥ偏波）と通らない光（光導波路5A13b,5A13d を伝搬するＴＭ偏波）とを偏波合分波回路5A14a,5A14b で偏波合成し、更に、方向性結合回路5A17で合波する。その際、光導波路5A15a,5A15b を導波する光間に半波長分の位相差が与えられた場合は、光は方向性結合回路5A17から出力光導波路5A18a へ伝搬する。光導波路5A15a,5A15b を導波する光間に位相差が与えられない場合は、光は方向性結合回路5A17から出力光導波路5A18b へ伝搬する。即ち、光位相制御回路アレイで所望の位相差を与えることで、光スイッチが実現する。入力光導波路5A01b に光が入力した場合、下段の２×２光スイッチの入力光導波路5B01a,5B01b に光が入力した場合も同様である。
【００８３】
次に、光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法について、図６を参照して説明する。図６において、光導波路5A08a,5A08b 上部の信号電極5A11a,5A11b に＋Ｖを、光導波路5A08c,5A08d 上部の信号電極5A11c,5A11d に−Ｖの電圧を印加する。このとき、光導波路5A08a-5A08d には図中Ｚ方向に電界が生じ、LiNbO3の持つ電気光学効果によって、光導波路5A08a と5A08c 、そして光導波路5A08b と5A08d を伝搬した光にはそれぞれ位相差が生じる。この位相差は、印加電圧の調整により、半波長分の位相差にしたり、位相差無しにしたり、任意の値にできる。光導波路5B08a,5B08b 上部の信号電極5B11a,5B11b 、光導波路5B08c,5B08d 上部の信号電極5B11c,5B11d に電圧を印加する場合も同様である。
【００８４】
次に、偏波無依存化の機構を説明する。LiNbO3のＺカットにおける電気光学効果は、ＴＥ偏波とＴＭ偏波で大きく異なっている。そこで、光を偏波合分波回路によってＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離し、更にＴＥ偏波のみを１／２波長板を用いてＴＭ偏波へ変換し、全てをＴＭ偏波に変換しておく。その後、それぞれのＴＭ偏波に対して個別に所望の位相制御を行う。これにより、同一で単一の偏波のみを個別に変調することになるため、変調後の光信号には偏波依存性が生じない。従って、偏波無依存光スイッチが得られる。
【００８５】
ここで、第１、第２の偏波制御回路アレイに櫛歯状１／２波長板を用いることによる効果を説明する。
(1) 従来の１／２波長板を用いて偏波無依存光スイッチアレイを構成しようとした場合、１／２波長板を挿入する光導波路と挿入しない光導波路とをそれぞれまとめる必要があるから、光導波路を引き回し、交差導波路が必須のものとなっていた。例えば、本実施例の光導波路（LiNbO3のＺカット基板とTi拡散光導波路）を用いて交差角４０度の交差導波路を作製した場合、１ポイント（１交差角）当たり０．２ｄＢの過剰損失が発生する。この交差導波路の数はアレイ数が多くなるのにつれて増大する。
(2) しかしながら、櫛歯状１／２波長板507,512 を用いることによって、交差導波路を削減でき、交差導波路に起因した過剰損失の増大を解消できる。
(3) また、光導波路の引き回しによる交差導波路を除去できるため、交差損失の光経路依存性を解消できる。
(4) 更に、光導波路の引き回しが必要なくなり、回路サイズの縮小が可能となる。例えば、本例の２連２×２光スイッチアレイにおいては、従来用いられている通常の１／２波長板を用いた構成よりも、回路長を１ｍｍ程度削減することができた。
【００８６】
このように、本実施例の偏波無依存２連２×２光スイッチアレイは、交差導波路が１つもないため、非常に低損失である等の利点がある。
【００８７】
本実施例では２連光スイッチアレイを説明したが、同様の構成の光スイッチ単体もしくは３連以上の光スイッチアレイにおいても、同様の効果が得られる。
【００８８】
また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。
【００８９】
更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、光導波路に熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光スイッチが実現する。このような熱光学型光スイッチにおいても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状１／２波長板を用いた構成の熱光学型光スイッチアレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。なお、熱光学型光スイッチアレイの場合は、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路や、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【００９０】
［第４の実施例］
図７に、本発明の第４の実施例として、別の偏波無依存光スイッチアレイの構成を示す。本実施例の光スイッチアレイは、８個の方向性結合回路（光結合回路）7A06a,7A06b,7B06a,7B06b,7A11a,7A11b,7B11a,7B11b と、８個の偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b,7A15a,7A15b,7B15a,7B15b と、２枚の櫛歯状１／２波長板704,713 と、８連の光位相制御回路アレイ（詳細後述）を用いたものである。
【００９１】
言い換えれば、本実施例の光スイッチアレイは、第１の偏波制御回路アレイ（7A02a,7A02b,7B02a,7B02b,704)と、第１の光結合回路アレイ（7A06a,7A06b,7B06a,7B06b)と、光位相制御回路アレイと、第２の光結合回路（7A11a,7A11b,7B11a,7B11b)と、第２の偏波制御回路アレイ（713,7A15a,7A15b,7B15a,7B15b)とを順次接続してなる、２×２光スイッチを２つ上下並列に並べた２連の２×２光スイッチアレイである。
【００９２】
本実施例では、２連２×２光スイッチアレイの基板にLiNbO3のＺカットを用いている。また、入力光導波路7A01a,7A01b,7B01a,7B01b や出力光導波路7A16a,7A16b,7B16a,7B16b 、他の光導波路7A03a,7A03b,7A03c,7A03d,7B03a,7B03b,7B03c,7B03d,7A05a,7A05b,7A05c,7A05d,7B05a,7B05b,7B05c,7B05d,7A07a,7A07b,7A07c,7A07d,7B07a,7B07b,7B07c,7B07d,7A10a,7A10b,7A10c,7A10d,7B10a,7B10b,7B10c,7B10d,7A12a,7A12b,7A12c,7A12d,7B12a,7B12b,7B12c,7B12d,7A14a,7A14b,7A14c,7A14d,7B14a,7B14b,7B14c,7B14d として、Ti拡散光導波路を用いている。
【００９３】
本実施例の光位相制御回路アレイは、位相シフト回路として、図５と同様、信号電極配線7A09a,7A09b,7A09c,7A09d,7B09a,7B09b,7B09c,7B09d 及びグランド電極配線7A08a,7A08b,7A08c,7A08d,7B08a,7B08b,7B08c,7B08d を装荷している。
【００９４】
従って、光位相制御回路アレイの構成は図５と類似である。しかし、本実施例では、第１の光結合回路アレイ(7A06a,7A06b,7B06a,7B06b) と第２の光結合回路アレイ(7A11a,7A11b,7B11a,7B11b) 間を接続する各光導波路7A07a,7A07b,7A07c,7A07d,7B07a,7B07b,7B07c,7B07d が、その上部に、位相制御を行うための電気信号を導波する信号電極7A09a,7A09b,7A09c,7A09d,7B09a,7B09b,7B09c,7B09d を装荷しており、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極7A08a,7A08b,7A08c,7A08d,7B08a,7B08b,7B08c,7B08d は各信号電極の脇に装荷されている。
【００９５】
なお、方向性結合回路7A06a,7A11a とその間の光導波路7A07a,7A10a,7A07b,7A10b および信号電極7A09a,7A09b との組み合わせ、方向性結合回路7A06b,7A11b とその間の光導波路7A07c,7A10d,7A07c,7A10d および信号電極7A09c,7A09d との組み合わせ、方向性結合回路7B06a,7B11a とその間の光導波路7B07a,7B10a,7B07b,7B10b および信号電極7B09a,7B09b との組み合わせ、方向性結合回路7B06b,7B11b とその間の光導波路7B07c,7B10c,7B07d,7B10d および信号電極7B09c,7B09d との組み合わせは、それぞれ、電気光学効果を用いたマッハツェンダー干渉計スイッチとして動作する。
【００９６】
第１の偏波制御回路アレイは、４個の偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b と第１の光結合回路アレイ(7A06a,7A06b,7B06a,7B06b) との間にて、偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b の出力光導波路に櫛歯状１／２波長板704 を挿入することで、構成している。この櫛歯状１／２波長板704 は、偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b の８本の出力光導波路7A03a,7A03b,7A03c,7A03d,7B03a,7B03b,7B03c,7B03d のうち、２本おきに２本ずつ、計４本の出力光導波路7A03c,7A03d,7B03c,7B03d に挿入されている。櫛歯状１／２波長板704 は偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b で分波された直交する２つの偏波（例えばＴＭ偏波とＴＥ偏波）を、同一の偏波例えばＴＭ偏波に変換することとする。
【００９７】
また、第２の偏波制御回路アレイは、第２の光結合回路アレイ(7A11a,7A11b,7B11a,7B11b) と４個の偏波合分波回路7A15a,7A15b,7B15a,7B15b との間にて、偏波合分波回路7A15a,7A15b,7B15a,7B15b の入力光導波路に櫛歯状１／２波長板713 を挿入することで、構成している。この櫛歯状１／２波長板713 は、偏波合分波回路の８本の入力光導波路7A14a,7A14b,7A14c,7A14d,7B14a,7B14b,7B14c,7B14d のうち、２本おきに２本ずつ、計４本の入力光導波路7A14a,7A14b,7B14a,7B14b に挿入されている。この櫛歯状１／２波長板713 は第１の偏波制御回路アレイで変換されていない方のＴＭ偏波を全てＴＥ偏波に変換するものとしている。
【００９８】
櫛歯状１／２波長板704,713 はそれぞれ、８本全ての光導波路を分断して作製した溝に、光学主軸を基板（光導波路）に対し４５度傾けて、挿入されている。溝のうち櫛歯状１／２波長板704,713 が挿入されていない部分（白抜き部分）は、損失低減のために光導波路とほぼ同等の屈折率を持つ製接着剤で埋めてある。但し、損失が小さい場合は、溝が開いたままでも良い。また、櫛歯状１／２波長板704,713 が挿入される光導波路7A03c,7A03d,7B03c,7B03d,7A14a,7A14b,7B14a,7B14b のみに溝を作製しても良い。
【００９９】
ここで、図７に示した光スイッチアレイにおける光信号の流れを説明する。例えば上段の２×２光スイッチにおいて、入力光導波路7A01a に入力した光を偏波合分波回路7A02a でＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路7A03c に光学主軸を４５度傾けた櫛歯状１／２波長板704 が挿入されており、ＴＥ偏波からＴＭ偏波へ変換する。偏波合分波回路7A02a で分離されたＴＭ偏波を方向性結合器7A06a で光導波路7A07a,7A07b に等分配し、櫛歯状１／２波長板704 でＴＥ偏波から変換されたＴＭ偏波を方向性結合器7A06b で光導波路7A07c,7A07d に等分配する。これら４本の光導波路7A07a,7A07b,7A07c,7A07d は、上部に電気配線を装荷していて位相を変化させることが可能な光位相制御回路となっている。この光位相制御回路を導波した光は、光導波路7A10a,7A10b,7A10c,7A10d を導波し、方向性結合器7A11a,7A11b で合波する。その際、光導波路7A10a,7A10b 若しくは光導波路7A10c,7A10d を導波する光間に、半波長分の位相差が与えられた場合は、方向性結合回路7A11a,7A11b から光導波路7A12a もしくは光導波路7A12c へ光が伝搬し、位相差が与えられない場合は、光導波路7A12b もしくは光導波路7A12d へ光が伝搬する。そして、光導波路7A12a,7A12b には光学主軸を４５度傾けた櫛歯状１／２波長板713 が挿入されており、伝搬するＴＭ偏波をＴＥ偏波へ変換する。この櫛歯状１／２波長板713 で偏波変換された（ＴＥ偏波）と偏波変換されない光（ＴＭ偏波）とを偏波合分波回路7A15a,7A15b で偏波合成し、出力光導波路7A16a,7A16b へ伝搬する。従って、光位相制御回路アレイにおいて位相シフト回路で所望の位相差を与えることで、光スイッチが実現する。入力光導波路7A01b に光が入力した場合、下段の２×２光スイッチの入力光導波路7B01a,7B01b に光が入力した場合も同様である。
【０１００】
光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法は、図６を参照して説明したものと同様である。
【０１０１】
ここで、偏波無依存化の機構を説明する。まず、光を偏波合分波回路によって第１のＴＥ偏波と第１のＴＭ偏波に分離し、第１のＴＥ偏波を１／２波長板を用いて第２のＴＭ偏波へ変換する。第１のＴＭ偏波と第２のＴＭ偏波を個別に、電気光学効果を用いた第１、第２のマッハツェンダー干渉計スイッチによってスイッチングする。このとき、入射光が同一で単一な偏波（ＴＭ偏波）であるため、位相シフト回路に所望の電気信号を与えることで、第１のマッハツェンダー干渉計スイッチと第２のマッハツェンダー干渉計スイッチは同様に動作する。そして、第１、第２のマッハツェンダー干渉計スイッチのうち、一方の出力光を第２のＴＥ偏波に変換し、偏波合分波回路で他方の出力光（第２のＴＭ偏波）と合波することで、偏波無依存なスイッチング特性が得られる。
【０１０２】
第１、第２の偏波制御回路アレイにて櫛歯状１／２波長板704,713 を用いることによる効果は、第３の実施例と同様であり、交差導波路を削減でき、交差導波路に起因した過剰損失の増大を解消でき、交差損失の光経路依存性を解消でき、回路サイズの縮小が可能となる。
【０１０３】
なお、本実施例では２連光スイッチアレイを説明したが、同様の構成の光スイッチ単体もしくは３連以上の光スイッチアレイにおいても、同様の効果が得られる。また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光スイッチが実現する。このような熱光学型光スイッチにおいても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状１／２波長板を用いた構成の熱光学型光スイッチアレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。なお、熱光学型光スイッチアレイの場合、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【０１０４】
［第５の実施例］
図８に、本発明の第５の実施例として、偏波無依存光減衰器アレイの構成を示す。本実施例の光減衰器アレイは、８個の方向性結合回路（光結合回路）8A06a,8A06b,8B06a,8B06b,8A11a,8A11b,8B11a,8B11b と、４個の偏波合分波回路8A02,8B02,8A15,8B15 と、２枚の櫛歯状１／２波長板804,813 と、８連の光位相制御回路アレイ（詳細後述）を用いたものである。
【０１０５】
言い換えれば、本実施例の光減衰器アレイは、第１の偏波制御回路アレイ（8A02,8B02,804)と、第１の光結合回路アレイ（8A06a,8A06b,8B06a,8B06b)と、光位相制御回路アレイと、第２の光結合回路アレイ（8A11a,8A11b,8B11a,8B11b)と、第２の偏波制御回路アレイ（813,8A15,8B15)とを順次接続してなる、光減衰器を２つ上下並列に並べた２連光減衰器アレイである。
【０１０６】
従って、本実施例の光減衰器アレイは図７に示した光スイッチアレイと基本的に類似の構成であるが、第１の偏波制御回路アレイにおける偏波合分波回路8A02,8B02 の個数が第１の光結合回路アレイにおける方向性結合回路8A06a,8A06b,8B06a,8B06b の個数より少ない点と、第２の偏波制御回路アレイにおける偏波合分波回路8A15,8B15 の個数が第２の光結合回路アレイにおける方向性結合回路8A11a,8A11b,8B11a,8B11b の個数より少ない点が、図７に示した光スイッチアレイと相違する。
【０１０７】
本実施例では、２連光減衰器アレイの基板にLiNbO3のＺカットを用いている。また、入力光導波路8A01,8B01 や出力光導波路8A16,8B16 、他の光導波路8A03a,8A03b,8B03a,8B03b,8A05a,8A05b,8B05a,8B05b,8A07a,8A07b,8B07a,8B07b,8A10a,8A10b,8B10a,8B10b,8A12a,8A12b,8B12a,8B12b,8A14a,8A14b,8B14a,8B14b として、Ti拡散光導波路を用いている。
【０１０８】
本実施例の光位相制御回路アレイは、位相シフト回路として、図５、図７と同様、信号電極配線8A09a,8A09b,8A09c,8A09d,8B09a,8B09b,8B09c,8B09d 及びグランド電極配線8A08a,8A08b,8A08c,8A08d,8B08a,8B08b,8B08c,8B08d を装荷している。
【０１０９】
また、方向性結合回路8A06a,8A11a とその間の光導波路8A07a,8A10a,8A07b,8A10b および信号電極8A09a,8A09b との組み合わせ、方向性結合回路8A06b,8A11b とその間の光導波路8A07c,8A10d,8A07c,8A10d および信号電極8A09c,8A09d との組み合わせ、方向性結合回路8B06a,8B11a とその間の光導波路8B07a,8B10a,8B07b,8B10b および信号電極8B09a,8B09b との組み合わせ、方向性結合回路8B06b,8B11b とその間の光導波路8B07c,8B10c,8B07d,8B10d および信号電極8B09c,8B09d との組み合わせはそれぞれ、電気光学効果を用いたマッハツェンダー干渉計光スイッチとして動作する。
【０１１０】
光位相制御回路アレイは図７と同様の構成であり、第１の方向性結合回路アレイ(8A06a,8A06b,8B06a,8B06b) と第２の方向性結合回路アレイ(8A11a,8A11b,8B11a,8B11b) 間を接続する各光導波路8A07a,8A07b,8A07c,8A07d,8B07a,8B07b,8B07c,8B07d が、その上部に、位相制御を行うための電気信号を導波する信号電極8A09a,8A09b,8A09c,8A09d,8B09a,8B09b,8B09c,8B09d を装荷しており、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極8A08a,8A08b,8A08c,8A08d,8B08a,8B08b,8B08c,8B08d は各信号電極の脇に装荷されている。
【０１１１】
第１の偏波制御回路アレイは、２個の偏波合分波回路8A02,8B02 と第１の光結合回路アレイ(8A06a,8A06b,8B06a,8B06b) との間ににて、偏波合分波回路8A02,8B02 の出力光導波路に櫛歯状１／２波長板804 を挿入することで、構成している。この櫛歯状１／２波長板804 は、偏波合分波回路の４本の出力光導波路8A03a,8A03b,8B03a,8B03b のうち、１本おきに、出力光導波路8A03b,8B03b に挿入されている。櫛歯状１／２波長板804 は偏波合分波回路8A02,8B02 で分波された直交する２つの偏波（例えばＴＭ偏波とＴＥ偏波）を、同一の偏波例えばＴＭ偏波に変換するものとする。
【０１１２】
第２の偏波制御回路アレイは、第２の光結合回路アレイ(8A11a,8A11b,8B11a,8B11b) と２個の偏波合分波回路8A15,8B15 との間にで、偏波合分波回路8A15,8B15 の入力光導波路に櫛歯状１／２波長板813 を挿入することで、構成している。この櫛歯状１／２波長板813 は、偏波合分波回路の４本の入力光導波路8A14a,8A14b,8B14a,8B14b のうち、１本おきに、入力光導波路8A14a,8B14a に挿入されている。櫛歯状１／２波長板813 は第１側の偏波制御回路アレイで変換されていない方のＴＭ偏波を全てＴＥ偏波に変換するものとしている。
【０１１３】
櫛歯状１／２波長板804,813 はそれぞれ、４本全ての光導波路を分断して作製した溝に、光学主軸を基板（光導波路）に対し４５度傾けて、挿入されている。溝のうち櫛歯状１／２波長板804,813 が挿入されていない部分（白抜き部分）は、損失低減のために光導波路とほぼ同等の屈折率を持つ接着剤で埋めてある。但し、損失が小さい場合は、溝が開いたままでも良い。また、櫛歯状１／２波長板804,813 が挿入される光導波路8A03b,8B03b,8A14a,8B14a のみに溝を作製しても良い。
【０１１４】
図８に示した光減衰器アレイおける光信号の流れは、第４の実施例と同様である。例えば、入力光導波路8A01に入力した光を偏波合分波回路8A02でＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路8A03b に光学主軸を４５度傾けた櫛歯状１／２波長板804 が挿入されており、ＴＥ偏波からＴＭ偏波へ変換する。偏波合分波回路8A02で分離されたＴＭ偏波を方向性結合器8A06a で光導波路8A07a,8A07b に等分配し、櫛歯状１／２波長板804 でＴＥ偏波から変換されたＴＭ偏波を方向性結合器8A06b で光導波路8A07c,8A07d に等分配する。これら４本の光導波路8A07a,8A07b,8A07c,8A07d は、上部に電気配線を装荷していて位相を変化させることが可能な光位相制御回路となっている。この光位相制御回路を導波した光は、光導波路8A10a,8A10b,8A10c,8A10d を導波し、方向性結合器8A11a,8A11b でそれぞれ合波する。その際、光導波路8A10a,8A10b もしくは光導波路8A10c,8A10d を導波する光間に、半波長分の位相差が与えられた場合は、方向性結合回路8A11a,8A11b から光導波路8A12a もしくは光導波路8A12b へ伝搬し、位相差が与えられない場合は、光導波路8A12a もしくは光導波路8A12b へ伝搬しない。そして、光導波路8A12a には光学主軸を４５度傾けた櫛歯状１／２波長板813 が挿入されており、伝搬するＴＭ偏波をＴＥ偏波へ変換する。この櫛歯状１／２波長板813 で偏波変換された（ＴＥ偏波）と偏波変換されない光（ＴＭ偏波）とを偏波合分波回路8A15で偏波合成し、出力光導波路8A16へ伝搬する。従って、光位相制御回路アレイ（8A07a,8A07b,8A07c,8A07d)で所望の位相差を与えることで、出力光導波路8A16から出射する光を消光することができる。入力光導波路8B01に光が入力した場合も同様に、光位相制御回路アレイ（8B07a,8B07b,8B07c,8B07d)で所望の位相差を与えることで、出力光導波路8B16から出射する光を消光することができる。そして、光位相制御回路アレイ（8A07a,8A07b,8A07c,8A07d,8B07a,8B07b,8B07c,8B07d)で与える位相差を調整することで、出力光導波路8A16,8B16 から出射する光を所望の光強度に設定することができ、光減衰器アレイが実現する。
【０１１５】
光減衰器アレイは光強度設定の仕方によって、光強度の変調やオンオフ等の光強度制御を実現できる。
【０１１６】
光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法は、図６を参照して説明したものと同様である。
【０１１７】
また、偏波無依存化の機構は、第４実施例と同様である。まず、光を偏波合分波回路によって第１のＴＥ偏波と第１のＴＭ偏波に分離し、第１のＴＥ偏波を１／２波長板を用いて第２のＴＭ偏波へ変換する。第１のＴＭ偏波と第２のＴＭ偏波を個別に、電気光学効果を用いた第１、第２のマッハツェンダー干渉計スイッチによってスイッチングする。このとき、入射光が同一で単一な偏波（ＴＭ偏波）であるため、位相制御回路に所望の電気信号を与えることで、第１のマッハツェンダー干渉計スイッチと第２のマッハツェンダー干渉計スイッチは同様に動作する。そして、第１、第２のマッハツェンダー干渉計スイッチのうち、一方の出力光を第２のＴＥ偏波に変換し、偏波合分波回路で他方の出力光（第２のＴＭ偏波）と合成することで、偏波無依存な光減衰特性が得られる。
【０１１８】
第１、第２の偏波制御回路アレイにて櫛歯状１／２波長板804,813 を用いることによる効果は、第４実施例と同様であり、交差導波路を削減でき、交差導波路に起因した過剰損失の増大を解消でき、交差損失の光経路依存性を解消でき、回路サイズの縮小が可能となる。
【０１１９】
なお、本実施例では２連光減衰器アレイを説明したが、同様の構成の光減衰器単体もしくは３連以上の光減衰器アレイにおいても、同様の効果が得られる。また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光スイッチが実現する。このような熱光学型光スイッチにおいても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状１／２波長板を用いた構成の熱光学型光スイッチアレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。熱光学型光スイッチアレイの場合、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【０１２０】
本実施例の特徴は、光減衰器として用いることで、２×２光スイッチに比べて、それらを構成する回路数、特に偏波合分波回路の個数を削減できる点にある。即ち、下記(1)(2)等のメリットがある。
(1) 第３実施例や第４実施例の２×２光スイッチに比べ、回路数が少ないので、歩留良く光回路を作製できる。
(2) 第４実施例の２×２光スイッチに比べ、交差導波路が少ないので、より低損失な光回路を提供できる。
【０１２１】
［第６の実施例］
次に、本発明の第６の実施例として、偏波無依存光変調器アレイを説明する。本実施例の偏波無依存光変調器アレイは２連であり、その構成図は図５と同様である。また、この２連偏波無依存光変調器アレイの回路構成、光信号の流れ、偏波無依存の機構は、図５を参照して説明した第３実施例と同様であり、説明は省略する。
【０１２２】
本実施例の偏波無依存光変調器アレイの特徴は、図５中の線分Ｂ１−Ｂ２と線分Ｂ３−Ｂ４において分割される３個の光回路群１５、１６、１７が、異種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製されている点である。
【０１２３】
第１の光回路群１５は第１の光結合回路アレイ（5A02,5B02)と、第１の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b および櫛歯状１／２波長板507)とを含み、第１の光結合回路アレイと第１の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第１の光回路群１５には、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【０１２４】
第２の光回路群１６は光位相制御回路アレイであり、第１の光回路群１５の出力光導波路5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d に接続される入出力光導波路(5A08a,5A09a),(5A08b,5A09b),(5A08c,5A09c),(5A08d,5A09d),(5B08a,5B09a),(5B08b,5B09b),(5B08c,5B09c),(5B08d,5B09d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(5A11a,5A11b,5A11c,5A11d,5B11a,5B11b,5B11c,5B11d) とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群１５の出力光導波路と同数である。この第２の光回路群１６には、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１２５】
第３の光回路群１７は第２の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b および櫛歯状１／２波長板512 ）と、第２の光結合回路アレイ（5A17,5B17)とを含み、第２の偏波制御回路アレイと第２の光結合回路アレイは順に接続されている。この第３の光回路群１７には、第１の光回路群１５と同様、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【０１２６】
ここで、光導波路に関して詳細に述べ、基板接続の際の損失について説明する。
▲１▼石英系光導波路は、コアが方形でクラッド中に埋め込まれており、コアとクラッドとの比屈折率差が０．７５％で、スポットサイズが半径３．６μｍの光導波路を用いている。
▲２▼一方、LiNbO3基板上のTi拡散光導波路は、スポットサイズが半径３．６μｍのものを用いている。
▲３▼このように、Ti拡散光導波路は石英系光導波路のスポットサイズに非常に近いため、低損失で結合が可能である。
▲４▼また、基板同士を端面で突き合わせて一括接続するため、結合損失に対する位置ずれトレランスも大きい。
▲５▼そこで、端面にＡＲコートを施してフレネル反射を除去した後、端面結合したところ、結合損失として平均０．２dBという極めて低損失な値が得られ、損失バラツキも０．１dB以内に収まった。
【０１２７】
この端面接続の方法は、信頼性も含めて十分な実績があるＰＬＣ基板と光ファイバアレイとを接続する方法と技術的に等しいため、同じく十分な信頼性を有すると予想される。
【０１２８】
次に、櫛歯状１／２波長板507,512 を偏波制御回路アレイに用いることによる効果を以下に示す。
【０１２９】
なお、櫛歯状１／２波長板の効果を説明するために、図１１に、櫛歯状１／２波長板の代わりに通常の１／２波長板を用いて同様の２連光変調器アレイを作製した場合の構成を示す。
【０１３０】
図１１中の符号で、 1101a-1101dは入力光導波路、 1102a-1102bと1109a-1109b は方向性結合回路（三角マーク）、 1103a-1103dと1108a-1108d は偏波合分波回路（楕円マーク）、1104と1107は通常の１／２波長板、1105は信号電極、1106はグランド電極、 1110a-1110dは出力光導波路、1111は交差導波路（丸マーク）を表す。簡単のため、他の光導波路の符号は省略する。また、経路Ａ、Ｂは最上段の２個の偏波合分波回路1103a,1108a 間の２つの光経路であり、経路Ａは交差導波路が存在せず、経路Ｂは途中に交差導波路1111が存在するものを表す。
【０１３１】
図１１に示すように、櫛歯状でない従来の１／２波長板1104,1107 を用いて偏波無依存光変調器アレイを作製しようとした場合、１／２波長板1104,1107 を挿入する光導波路と挿入しない光導波路とをまとめる必要から、交差導波路1111が必須なものとなっていた。例えば、本実施例のような石英系光導波路を用いても、交差角４０度の交差導波路1111を作製した場合、１ポイント当たり０．２dBの交差損失が生じる。なお、交差角４０度というのは、交差損失が最小となる値を示す。従って、通常の１／２波長板1104,1107 を用いて本実施例と同様の２連光変調器アレイを構成した場合、図１１に示す通り、多数の交差導波路1110が必要となり、最大１．２dBもの交差損失が発生する。
【０１３２】
一方、本実施例においては、基板接続による過剰損失（両端で０．４dB）は増加するものの、櫛歯状の１／２波長板507,512(図５参照）を用いているので交差損失がないため、過剰損失を十分抑えることが可能になった。
【０１３３】
また、櫛歯状の１／２波長板507,512 を用いているので、光導波路の引き回しによる交差導波路を除去できるため、交差損失の光経路依存性を解消できる。
【０１３４】
通常の１／２波長板を用いた場合、図１１に示すように、経路Ａと経路Ｂでは交差導波路1111による過剰損失が大きく異なる。経路Ａでは過剰損失０dB、経路Ｂでは過剰損失１，２dBとなる。そして、この経路間の過剰損失の不整合によって、前段の方向性結合回路1102a-1102b によって分岐比５０％に等分配したとしても、結果的に分岐比が大きくずれることになってしまい、光変調器としての消光比の劣化を引き起こす。
【０１３５】
しかし、本実施例のような櫛歯状の１／２波長板507,512 を用いた構成とすることで、交差導波路による過剰損失（交差損失）が除去されるため、交差損失の光経路依存性も解消される。従って、交差損失の光経路依存性による光変調器の特性劣化を抑制することが可能となった。
【０１３６】
更に、光導波路の引き回しが必要なくなり、回路サイズの縮小が可能となる。例えば、本実施例においては、通常の１／２波長板を用いた従来の構成よりも、回路長を１ｍｍ程度削減することができた。
【０１３７】
なお、本実施例では２連光変調器アレイを説明したが、同様の構成の光変調器単体もしくは３連以上の光変調器アレイにおいても、同様の効果が得られる。また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光変調器が実現する。しかし、このような熱光学型光変調器においても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状１／２波長板を用いた構成の熱光学型光変調器アレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。熱光学型光変調器アレイの場合、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【０１３８】
本実施例では第１の光結合回路アレイおよび第１の偏波制御回路アレイを含む第１の光回路群１５にシリコン基板とその上に形成された石英系光導波路を用い、光位相制御回路アレイを含む第２の光回路群１６にＺカットLiNbO3基板とその上に形成されたTi拡散光導波路を用い、第２の偏波制御回路アレイおよび第１の光結合回路アレイを含む第３の光回路群１７にシリコン基板とその上に形成された石英系光導波路を用いていることから、下記(1) 〜(3) 等の利点がある。
(1) LiNbO3基板上のTi拡散光導波路に比べ、シリコン基板上の石英系光導波路の方がはるかに溝加工（櫛歯状１／２波長板507,512 挿入用）が容易であり、偏波無依存光変調器アレイ作製の簡易化を図ることができる。
(2) 外部とのファイバ接続を行う必要がある第１、第３の光回路群１５、１７は石英系光導波路で作製されているため、低損失で、信頼性が高い接続が可能である。その理由は、石英系光導波路は通常用いられている光ファイバと同種の材料であるため相性が良く、また、モードフィールド径も光ファイバとほぼ同じであるため、低損失、高信頼性を有しているからである。
(3) 石英系光導波路はＡＷＧのような低損失で大規模な回路が作製可能である。従って、第１、第３の光回路群１５、１７とＡＷＧとを同一基板上に作製することで、波長セレクタやＯＡＤＭのような高機能化が実現できる。
【０１３９】
［図７、図８への応用］
第６の実施例を図７に示した偏波無依存光スイッチアレイ、または、図８に示した偏波無依存光減衰器アレイに適用することができる。
【０１４０】
図７の偏波無依存光スイッチアレイに適用する場合は、図７中の線分Ｃ１−Ｃ２と線分Ｃ３−Ｃ４において分割される３個の光回路群１８、１９、２０が、異種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製される。
【０１４１】
具体的には、第１の光回路群１８は第１の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b および櫛歯状１／２波長板704)と、第１の光結合回路アレイ（7A06a,7A06b,7B06a,7B06b)とを含み、第１の偏波制御回路アレイと第１の光結合回路アレイは順に接続されている。この第１の光回路群１８には、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【０１４２】
第２の光回路群１９は光位相制御回路アレイであり、第１の光回路群１８の出力光導波路に接続される入出力光導波路(7A07a,7A10a),(7A07b,7A10b),(7A07c,7A10c),(7A07d,7A10d),(7B07a,7B10a),(7B07b,7B10b),(7B07c,7B10c),(7B07d,7B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(7A09a,7A09b,7A09c,7A09d,7B09a,7B09b,7B09c,7B09d) とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群１８の出力光導波路と同数である。この第２の光回路群１９には、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１４３】
第３の光回路群２０は第２の光結合回路アレイ（7A11a,7A11b,7B11a,7B11b)と、第２の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路7A15a,7A15b,7B15a,7B15b および櫛歯状１／２波長板713 ）とを含み、第２の光結合回路アレイと第２の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第３の光回路群２０には、第１の光回路群１８と同様、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【０１４４】
図８の偏波無依存光減衰器アレイに適用する場合は、図８中の線分Ｄ１−Ｄ２と線分Ｄ３−Ｄ４において分割される３個の光回路群２１、２２、２３が、異種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製される。
【０１４５】
具体的には、第１の光回路群２１は第１の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路8A02,8B02 および櫛歯状１／２波長板804)と、第１の光結合回路アレイ（8A06a,8A06b,8B06a,8B06b)とを含み、第１の偏波制御回路アレイと第１の光結合回路アレイは順に接続されている。この第１の光回路群２１には、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【０１４６】
第２の光回路群２２は光位相制御回路アレイであり、第１の光回路群２１の出力光導波路に接続される入出力光導波路(8A07a,8A10a),(8A07b,8A10b),(8A07c,8A10c),(8A07d,8A10d),(8B07a,8B10a),(8B07b,8B10b),(8B07c,8B10c),(8B07d,8B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(8A09a,8A09b,8A09c,8A09d,8B09a,8B09b,8B09c,8B09d) とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群２１の出力光導波路と同数である。この第２の光回路群２２には、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１４７】
第３の光回路群２４は第２の光結合回路アレイ（8A11a,8A11b,8B11a,8B11b)と、第２の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路8A15,7B15 および櫛歯状１／２波長板813 ）とを含み、第２の光結合回路アレイと第２の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第３の光回路群２４には、第１の光回路群２１と同様、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【０１４８】
これら個別に作製した第１の光回路群１８と第２の光回路群１９と第３の光回路群２０に端面接続を行って図７の偏波無依存光スイッチアレイを作製しても、また、個別に作製した第１の光回路群２１と第２の光回路群２２と第３の光回路群２３に端面接続を行って図８の偏波無依存光減衰器アレイを作製しても、本実施例の説明から分かるように、十分小さな損失で接続が可能であるため、櫛歯状１／２波長板を用いる効果が十分期待でき、有効である。
【０１４９】
［第７の実施例］
次に、本発明の第７の実施例として、偏波無依存光スイッチアレイを説明する。本実施例の偏波無依存光スイッチアレイは２連であり、その構成図は図５と同様である。また、この２連偏波無依存光スイッチアレイの回路構成、光信号の流れ、偏波無依存の機構は、図５を参照して説明した第３実施例と同様であり、説明は省略する。
【０１５０】
本実施例の偏波無依存光変調器アレイの特徴は、図５中の線分Ｂ１−Ｂ２と線分Ｂ３−Ｂ４において分割される３個の光回路群１５、１６、１７が、同種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製されている点である。
【０１５１】
第１の光回路群１５は第１の光結合回路アレイ（5A02,5B02)と、第１の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b および櫛歯状１／２波長板507)とを含み、第１の光結合回路アレイと第１の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第１の光回路群１５には、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１５２】
第２の光回路群１６は光位相制御回路アレイであり、第１の光回路群１５の出力光導波路5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d に接続される入出力光導波路(5A08a,5A09a),(5A08b,5A09b),(5A08c,5A09c),(5A08d,5A09d),(5B08a,5B09a),(5B08b,5B09b),(5B08c,5B09c),(5B08d,5B09d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(5A11a,5A11b,5A11c,5A11d,5B11a,5B11b,5B11c,5B11d) とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群１５の出力光導波路と同数である。この第２の光回路群１６には、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１５３】
第３の光回路群１７は第２の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b および櫛歯状１／２波長板512 ）と、第２の光結合回路アレイ（5A17,5B17)とを含み、第２の偏波制御回路アレイと第２の光結合回路アレイは順に接続されている。この第３の光回路群１７には、第１、第２の光回路群１５、１６と同様、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１５４】
ここで、光導波路に関して詳細に述べ、基板接続の際の損失について説明する。
▲１▼LiNbO3基板上のTi拡散光導波路は、スポットサイズが半径３．６μｍのものを用いている。
▲２▼端面にＡＲコートを施してフレネル反射を除去した後、端面結合したところ、結合損失として平均０．１dBという極めて低損失な値が得られ、損失バラツキも０．１dB以内に収まった。
▲３▼基板同士を端面で突き合わせて一括接続するため、結合損失に対する位置ずれトレランスも大きい。
【０１５５】
この端面接続の方法は、信頼性も含めて十分な実績があるＰＬＣ基板と光ファイバアレイとを接続する方法と技術的に等しいため、同じく十分な信頼性を有すると予想される。
【０１５６】
次に、櫛歯状１／２波長板507,512 を偏波制御回路アレイに用いることによる効果を、図１１の光回路と比較して、以下に示す。
(1) 図１１に示すように、櫛歯状でない従来の１／２波長板1104,1107 を用いて偏波無依存光スイッチアレイを作製しようとした場合、１／２波長板1104,1107 を挿入する光導波路と挿入しない光導波路とをまとめる必要から、交差導波路1111が必須なものとなっていた。例えば、本実施例のようなLiNbO3基板上のTi拡散光導波路を用いても、交差角４０度の交差導波路1111を作製した場合、１ポイント当たり０．２dBの交差損失が生じる。従って、通常の１／２波長板1104,1107 を用いて本実施例と同様の２連光スイッチアレイを構成した場合、図１１に示す通り、多数の交差導波路1110が必要となり、最大１．２dBもの交差損失が発生する。
(2) 一方、本実施例においては、基板接続による過剰損失（両端で０．４dB）は増加するものの、櫛歯状の１／２波長板507,512(図５参照）を用いているので交差損失がないため、過剰損失を十分抑えることが可能になった。
(3) また、櫛歯状の１／２波長板507,512 を用いたので、光導波路の引き回しによる交差導波路を除去できるため、交差損失の光経路依存性を解消できる。
(4) 通常の１／２波長板を用いた場合、図１１に示すように、経路Ａと経路Ｂでは交差導波路1111による過剰損失が大きく異なる。経路Ａでは過剰損失０dB、経路Ｂでは過剰損失１，２dBとなる。そして、この経路間の過剰損失の不整合によって、前段の方向性結合回路1102a-1102b によって分岐比５０％に等分配したとしても、結果的に分岐比が大きくずれることになってしまい、光スイッチとしての消光比の劣化を引き起こす。
(5) しかし、本実施例のような櫛歯状の１／２波長板507,512 を用いた構成とすることで、交差導波路による過剰損失（交差損失）が除去されるため、交差損失の光経路依存性も解消される。従って、交差損失の光経路依存性による光スイッチの特性劣化を抑制することが可能となった。
(6) 更に、光導波路の引き回しが必要なくなり、回路サイズの縮小が可能となる。例えば、本実施例においては、通常の１／２波長板を用いた従来の構成よりも、回路長を１ｍｍ程度削減することができた。
【０１５７】
なお、本実施例では２連光スイッチアレイを説明したが、同様の構成の光スイッチ単体もしくは３連以上の光スイッチアレイにおいても、同様の効果が得られる。また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光スイッチが実現する。しかし、このような熱光学型光スイッチにおいても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状１／２波長板を用いた構成の熱光学型光スイッチアレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。熱光学型光スイッチアレイの場合、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【０１５８】
本実施例では第１の光結合回路アレイおよび第１の偏波制御回路アレイを含む第１の光回路群１５、光位相制御回路アレイを含む第２の光回路群１６、第２の偏波制御回路アレイおよび第１の光結合回路アレイを含む第３の光回路群１７ともに、ＺカットLiNbO3基板とその上に形成されたTi拡散光導波路を用いていることから、十分小さな損失で接続が可能であるため、櫛歯状１／２波長板を用いる効果が十分期待できる。また、光回路群１５、１６、１７を個別に作製した後に接続することにより、光スイッチアレイを歩留まり良く作製できる等の利点がある。
【０１５９】
［図７、図８への応用］
第８の実施例を図７に示した偏波無依存光スイッチアレイ、または、図８に示した偏波無依存光減衰器アレイに適用することができる。
【０１６０】
図７の偏波無依存光スイッチアレイに適用する場合は、図７中の線分Ｃ１−Ｃ２と線分Ｃ３−Ｃ４において分割される３個の光回路群１８、１９、２０が、同種の異なる基板上に個別に作製した後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製される。
【０１６１】
具体的には、第１の光回路群１８は第１の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b および櫛歯状１／２波長板704)と、第１の光結合回路アレイ（7A06a,7A06b,7B06a,7B06b)とを含み、第１の偏波制御回路アレイと第１の光結合回路アレイは順に接続されている。この第１の光回路群１８には、ＺカットLiNbO3基板とその上に形成されたTi拡散光導波路を用いている。
【０１６２】
第２の光回路群１９は光位相制御回路アレイであり、第１の光回路群１８の出力光導波路に接続される入出力光導波路(7A07a,7A10a),(7A07b,7A10b),(7A07c,7A10c),(7A07d,7A10d),(7B07a,7B10a),(7B07b,7B10b),(7B07c,7B10c),(7B07d,7B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(7A09a,7A09b,7A09c,7A09d,7B09a,7B09b,7B09c,7B09d) とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群１８の出力光導波路と同数である。この第２の光回路群１９には、第１の光回路群１８と同様、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１６３】
第３の光回路群２０は第２の光結合回路アレイ（7A11a,7A11b,7B11a,7B11b)と、第２の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路7A15a,7A15b,7B15a,7B15b および櫛歯状１／２波長板713 ）とを含み、第２の光結合回路アレイと第２の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第３の光回路群２０には、第１、第２の光回路群１８、１０と同様、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１６４】
図８の偏波無依存光減衰器アレイに適用する場合は、図８中の線分Ｄ１−Ｄ２と線分Ｄ３−Ｄ４において分割される３個の光回路群２１、２２、２３が、同種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製される。
【０１６５】
具体的には、第１の光回路群２１は第１の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路8A02,8B02 および櫛歯状１／２波長板804)と、第１の光結合回路アレイ（8A06a,8A06b,8B06a,8B06b)とを含み、第１の偏波制御回路アレイと第１の光結合回路アレイは順に接続されている。この第１の光回路群２１には、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１６６】
第２の光回路群２２は光位相制御回路アレイであり、第１の光回路群２１の出力光導波路に接続される入出力光導波路(8A07a,8A10a),(8A07b,8A10b),(8A07c,8A10c),(8A07d,8A10d),(8B07a,8B10a),(8B07b,8B10b),(8B07c,8B10c),(8B07d,8B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(8A09a,8A09b,8A09c,8A09d,8B09a,8B09b,8B09c,8B09d) とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群２１の出力光導波路と同数である。この第２の光回路群２２には、第１の光回路群２１と同様、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１６７】
第３の光回路群２４は第２の光結合回路アレイ（8A11a,8A11b,8B11a,8B11b)と、第２の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路8A15,7B15 および櫛歯状１／２波長板813 ）とを含み、第２の光結合回路アレイと第２の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第３の光回路群２４には、第１、第２の光回路群２１、２２と同様、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１６８】
これら個別に作製した第１の光回路群１８と第２の光回路群１９と第３の光回路群２０に端面接続を行って図７の偏波無依存光スイッチアレイを作製しても、また、個別に作製した第１の光回路群２１と第２の光回路群２２と第３の光回路群２３に端面接続を行って図８の偏波無依存光減衰器アレイを作製しても、本実施例の説明から分かるように、光スイッチアレイを歩留まり良く作製できるという利点がある。また、十分小さな損失で接続が可能であるため、櫛歯状１／２波長板を用いる効果が十分期待でき、有効である。
【０１６９】
［第８の実施例］
図９に、本発明の第８の実施例として、偏波無依存光減衰器アレイの構成を示す。本実施例の光減衰器アレイは、図５を参照して説明した第６の実施例の偏波無依存光回路（光変調器アレイ）から、第３の光回路群１７を削除し、その代わりに、第２の光回路群１６の出力側に反射面を備えたものに相当する。
【０１７０】
即ち、本実施例の光減衰器アレイは、２個の方向性結合回路（光結合回路）9A02,9B02 と、４個の偏波合分波回路9A05a,9A05b,9B05a,9B05b と、１枚の櫛歯状１／２波長板907 と、８連の光位相制御回路アレイ（詳細後述）と、反射面912 を用い、これらを順次接続した光減衰器を２つ並列に並べた２連の偏波無依存光減衰器アレイである。櫛歯状１／２波長板907 は偏波合分波回路9A05a,9A05b,9B05a,9B05b と光位相制御回路アレイとの間で、１本おきの光導波路9A06b,9A06d,9B06b,9B06d に挿入される。
【０１７１】
２個の方向性結合回路（光結合回路）9A02,9B02 が第１の光結合回路アレイを構成し、４個の偏波合分波回路9A05a,9A05b,9B05a,9B05b と１枚の櫛歯状１／２波長板907 が第１の偏波制御回路アレイを構成し、これら第１の光結合回路アレイと第１の偏波制御回路アレイとが第１の光回路群２４を構成している。第２の光回路群２５は光位相制御回路アレイである。
【０１７２】
第１の光回路群２４には、シリコン基板とその上に形成した石英系光導波路を用いている。つまり、第１の光結合回路アレイと第１の偏波制御回路アレイは同一のシリコン基板上に形成された石英系光導波路を用いて作製されている。
【０１７３】
第２の光回路群（光位相制御回路アレイ）２５には、電気光学効果の大きいＺカットLiNbO3基板とその上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１７４】
反射面912 には、１枚の誘電体多層膜フィルタ（１．５５μｍ帯全反射ミラー）を用いている。
【０１７５】
第１の光回路群２４と第２の光回路群２５は、異種の異なる基板（シリコン基板とＺカットLiNbO3基板）上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて接続して各光導波路同士を光結合することによって作製されている。
【０１７６】
反射面912 は、基板同士を端面接続の前もしくは後に、第２の光回路群２５の出力側（光導波路9A09a,9A09b,9A09c,9A09d,9B09a,9B09b,9B09c,9B09d の端面）に、全反射するように接着されている。
【０１７７】
第２の光回路群２５の光位相制御回路アレイについて説明すれば、第１の光回路群２４の出力光導波路9A06a,9A06b,9A06c,9A06d,9B06a,9B06b,9B06c,9B06d に接続される入出力光導波路(9A08a,9A09a),(9A08b,9A09b),(9A08c,9A09c),(9A08d,9A09d),(9B08a,9B09a),(9B08b,9B09b),(9B08c,9B09c),(9B08d,9B09d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群２４の出力光導波路と同数である。
【０１７８】
位相シフト回路としては、信号電極配線9A11a,9A11b,9A11c,9A11d,9B11a,9B11b,9B11c,9B11d 及びグランド電極配線9A10a,9A10b,9A10c,9A10d,9B10a,9B10b,9B10c,9B10d を装荷している。
【０１７９】
即ち、第２の光回路群２５中の各光導波路9A08a,9A08b,9A08c,9A08d,9B08a,9B08b,9B08c,9B08d が、その上部や上面等に装荷した信号電極9A11a,9A11b,9A11c,9A11d,9B11a,9B11b,9B11c,9B11d を導波する位相制御を行うための電気信号により、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極9A10a,9A10b,9A10c,9A10d,9B10a,9B10b,9B10c,9B10d は各信号電極の脇に装荷されている。
【０１８０】
光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法は、図６を参照して説明したものと同様である。
【０１８１】
ここで、図９に示した光減衰器アレイにおける光信号の流れと動作原理を説明する。例えば上段の光減衰器において、入力光導波路9A01a に入力した光を方向性結合回路9A02で光導波路9A03a,9A03b に等分配し、光導波路9A04a,9A04b に伝搬する。光導波路9A04a,9A04b を伝搬する光を偏波合分波回路9A05a,9A05b それぞれでＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路9A06b,9A06d には光学主軸を基板平面に対し４５度傾けた櫛歯状１／２波長板907 が挿入されており、ＴＥ偏波からＴＭ偏波へ変換する。位相制御を行うための光導波路9A08a-9A08d では、全てＴＭ偏波が伝搬する。これらのＴＭ偏波が光導波路9A08a-9A08d から光導波路9A09a-9A09d に伝搬する。光導波路9A09a-9A09d の端面には反射面912 が接着されており、伝搬してきた光（ＴＭ偏波）を全反射する。全反射した光は、前述した経路を逆にたどることになる。従って、光導波路9A08b,9A08d を戻る光は櫛歯状１／２波長板907 でＴＭ偏波からＴＥ偏波に変換され、それぞれ偏波合分波回路9A05a,9A05b で光導波路9A08a,9A08c を戻る光（ＴＭ偏波）と合成されて、偏波が復元する。ここで、反射面912 で折り返して光導波路9A08a,9A08c を導波する光、そして光導波路9A08b,9A08d を導波する光に、半波長分の位相差が与えられた場合は、元の入力光導波路9A01a が出力光導波路となり、方向性結合回路9A02から出力光導波路9A01a に光が伝搬する。位相差が与えられない場合は、方向性結合回路9A02から出力光導波路9A01b に光が伝搬する。即ち、光位相制御回路で所望の位相差を与えることで、光導波路9A01a から出射する光を消光することができる。更に、光位相制御回路で与える位相差を調整することで、光導波路9A01a から出射する光を所望の光強度に設定することができ、光減衰器として利用できる。
【０１８２】
下段の光減衰器においても同様であり、入力光導波路9B01a に入力した光を方向性結合回路9B02で光導波路9B03a,9B03b に等分配し、光導波路9B04a,9B04b に伝搬する。光導波路9B04a,9B04b を伝搬する光を偏波合分波回路9B05a,9B05b それぞれでＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路9B06b,9B06d には光学主軸を基板平面に対し４５度傾けた櫛歯状１／２波長板907 が挿入されており、ＴＥ偏波からＴＭ偏波へ変換する。位相制御を行うための光導波路9B08a-9B08d では、全てＴＭ偏波が伝搬する。これらのＴＭ偏波が光導波路9B08a-9B08d から光導波路9B09a-9B09d に伝搬する。光導波路9B09a-9B09d の端面には反射面912 が接着されており、伝搬してきた光（ＴＭ偏波）を全反射する。全反射した光は、前述した経路を逆にたどることになる。
【０１８３】
偏波無依存化の機構、櫛歯状１／２波長板907 を用いた効果は、第３、第６の実施例と同様である。
【０１８４】
ここで、本実施例では、過剰損失は、端面接続で０．４dB、反射における損失が０．５dB、回路損失が２．０dBで、合計２．９dBであった。櫛歯状１／２波長板を用いず、また、反射させない場合の過剰損失は、交差損失１．２dB（最大）、回路損失が２．０dBで、合計３．２dBである。従って、本実施例の光回路が損失の上でも有効であることが分かる。
【０１８５】
以上より、本実施例の偏波無依存光減衰器アレイには、下記(1) 〜(3) 等の利点がある。
(1) 光を反射させることにより、光減衰器を構成する回路数を大幅に削減することができる。
(2) 光が往復して光位相制御回路を２回通過するので、高効率な位相制御が可能となる。
(3) 第１の光回路群２４と第２の光回路群２５を個別の基板に作製した後、端面接続をすることによって、歩留まり良く光減衰器を作製することができる。
【０１８６】
なお、本実施例では、基板を個別に作製した後に端面接続をしているが、同一基板上に第１の光回路群２４と第２の光回路群２５を作製しても、櫛歯状１／２波長板907 を用いたことによる効果は、同様に期待できる。その場合、歩留まりは落ちるものの、端面接続による過剰損失を解消できるという利点がある。
【０１８７】
本実施例では２連光減衰器アレイを説明したが、同様の構成の光減衰器単体もしくは３連以上の光減衰器レイにおいても、同様の効果が得られる。
【０１８８】
また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。
【０１８９】
更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、光導波路に熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光減衰器が実現する。このような熱光学型光減衰器においても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状１／２波長板を用いた構成の熱光学型光減衰器アレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。なお、熱光学型光減衰器アレイの場合は、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路や、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【０１９０】
［第９の実施例］
図１０に、本発明の第９の実施例として、偏波無依存光減衰器アレイの構成を示す。本実施例の光減衰器アレイは、図８を参照して説明した第５の実施例の偏波無依存光回路（光減衰器アレイ）から、第３の光回路群２３を削除し、その代わりに、第２の光回路群２２の出力側に反射面を備えたものに相当する。
【０１９１】
即ち、本実施例の光減衰器アレイは、２個の偏波合分波回路10A02,10B02 と、４個の方向性結合回路（光結合回路）10A06a,10A06b,10B06a,10B06b と、１枚の櫛歯状１／２波長板1004と、８連の光位相制御回路アレイ（詳細後述）と、反射面1011を用い、これらを順次接続した光減衰器を２つ並列に並べた２連の偏波無依存光減衰器アレイである。櫛歯状１／２波長板1011は偏波合分波回路10A02,10B02 と方向性結合回路10A06a,10A06b,10B06a,10B06b との間で、１本おきの光導波路10A03b,10B03b に挿入される。
【０１９２】
２個の偏波合分波回路10A02,10B02 と１枚の櫛歯状１／２波長板1004が第１の偏波制御回路アレイを構成し、４個の方向性結合回路10A06a,10A06b,10B06a,10B06b が第１の光結合回路アレイを構成し、これら第１の偏波制御回路アレイと第１の光結合回路アレイとが第１の光回路群２６を構成している。第２の光回路群２７は光位相制御回路アレイである。
【０１９３】
第１の光回路群２６には、シリコン基板とその上に形成した石英系光導波路を用いている。つまり、第１の光結合回路アレイと第１の偏波制御回路アレイは同一のシリコン基板上に形成された石英系光導波路を用いて作製されている。
【０１９４】
第２の光回路群（光位相制御回路アレイ）２７には、電気光学効果の大きいＺカットLiNbO3基板とその上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１９５】
反射面1011には、１枚の誘電体多層膜フィルタ（１．５５μｍ帯全反射ミラー）を用いている。
【０１９６】
第１の光回路群２６と第２の光回路群２７は、異種の異なる基板（シリコン基板とＺカットLiNbO3基板）上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて接続して各光導波路同士を光結合することによって作製されている。
【０１９７】
反射面1011は、基板同士を端面接続の前もしくは後に、第２の光回路群２７の出力側（光導波路10A10a,10A10b,10A10c,10A10d,10B10a,10B10b,10B10c,10B10d の端面）に、全反射するように接着されている。
【０１９８】
第２の光回路群２７の光位相制御回路アレイについて説明すれば、第１の光回路群２６の出力光導波路に接続される入出力光導波路(10A07a,10A10a),(10A07b,10A10b),(10A07c,10A10c),(10A07d,10A10d),(10B07a,10B10a),(10B07b,10B10b),(10B07c,10B10c),(10B07d,10B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群２６の出力光導波路と同数である。
【０１９９】
位相シフト回路としては、信号電極配線10A09a,10A09b,10A09c,10A09d,10B09a,10B09b,10B09c,10B09d 及びグランド電極配線10A08a,10A08b,10A08c,10A08d,10B08a,10B08b,10B08c,10B08d を装荷している。
【０２００】
即ち、第２の光回路群２７中の各光導波路10A07a,10A07b,10A07c,10A07d,10B07a,10B07b,10B07c,10B07d が、その上部にや上面等に装荷した信号電極10A09a,10A09b,10A09c,10A09d,10B09a,10B09b,10B09c,10B09d を導波する位相制御を行うための電気信号により、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極10A08a,10A08b,10A08c,10A08d,10B08a,10B08b,10B08c,10B08d は各信号電極の脇に装荷されている。
【０２０１】
光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法は、図６を参照して説明したものと同様である。
【０２０２】
ここで、図１０に示した光減衰器アレイにおける光信号の流れと動作原理を説明する。例えば上段の光減衰器において、入力光導波路10A01 に入力した光を偏波合分波回路10A02 でＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路10A03bには光学主軸を基板平面に対し４５度傾けた櫛歯状１／２波長板1004が挿入されており、ＴＥ偏波からＴＭ偏波へ変換する。これらの光を方向性結合回路10A06a,10A06b でそれぞれ光導波路10A07a,10A07b と光導波路10A07c,10A07d に等分配する。これら４本の光導波路10A07a-10A07d は、上部等に電気配線を装荷しており、位相を変化させることが可能な光位相制御回路となっている。この光位相制御回路を導波した光（ＴＭ偏波）は、光導波路10A10a,10A10b,10A10c,10A07d を伝搬し、これらの光導波路10A10a-10A07d の端面に接着された反射面1011によって全反射する。全反射した光は、前述した経路を逆にたどることになる。光導波路10A07a,10A07b を戻る光は方向性結合回路10A06aで結合され、光導波路10A05a,10A03a を経て偏波合分波回路10A02 に戻る。光導波路10A07c,10A07d を戻る光は方向性結合回路10A06bで結合され、光導波路10A05b,10A03b を伝搬する際に、櫛歯状１／２波長板1004でＴＭ偏波からＴＥ偏波に変換され、偏波合分波回路10A02 に戻る。これらの光は偏波合分波回路10A02 で合成されて、元の偏波に復元する。ここで、反射面1011で折り返して光導波路10A07a,10A07b を導波する光、そして光導波路10A07c,10A07d を導波する光に、半波長分の位相差が与えられた場合は、元の入力光導波路10A01 が出力光導波路となり、偏波合分波回路10A02 から出力光導波路10A01 に１００％の光が導波する。位相差が与えられない場合は、偏波合分波回路10A02 から出力光導波路10A01 に光が導波しない。即ち、光位相制御回路で所望の位相差を与えることで、光導波路10A01 から出射する光を消光することができる。更に、光位相制御回路で与える位相差を調整することで、光導波路10A01 から出射する光を所望の光強度に設定することができ、光減衰器として利用できる。
【０２０３】
下段の光減衰器においても同様であり、入力光導波路10B01 に入力した光を偏波合分波回路10B02 でＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路10B03bには光学主軸を基板平面に対し４５度傾けた櫛歯状１／２波長板1004が挿入されており、ＴＥ偏波からＴＭ偏波へ変換する。これらの光を方向性結合回路10B06a,10B06b でそれぞれ光導波路10B07a,10B07b と光導波路10B07c,10B07d に等分配する。これら４本の光導波路10B07a-10B07d は、上部等に電気配線を装荷しており、位相を変化させることが可能な光位相制御回路となっている。この光位相制御回路を導波した光（ＴＭ偏波）は、光導波路10B10a,10B10b,10B10c,10B07d を伝搬し、これらの光導波路10B10a-10B07d の端面に接着された反射面1011によって全反射する。全反射した光は、前述した経路を逆にたどることになる。
【０２０４】
偏波無依存化の機構は、第４、第５の実施例と同様である。また、櫛歯状１／２波長板1004を用いた効果は、第４、第５の実施例と同様であり、交差導波路による光経路依存性の解消、回路サイズの低減等がある。
【０２０５】
以上より、本実施例の偏波無依存光減衰器アレイには、下記(1) 〜(3) 等の利点がある。
(1) 光を反射させることにより、光減衰器を構成する回路数を大幅に削減することができる。
(2) 光が往復して光位相制御回路を２回通過するので、高効率な位相制御が可能となる。
(3) 第１の光回路群２６と第２の光回路群２７を個別の基板に作製した後、端面接続をすることによって、歩留まり良く光減衰器を作製することができる。
【０２０６】
なお、本実施例では、基板を個別に作製した後に端面接続をしているが、同一基板上に第１の光回路群２６と第２の光回路群２７を作製しても、櫛歯状１／２波長板1004を用いたことによる効果は、同様に期待できる。その場合、歩留まりは落ちるものの。端面接続による過剰損失を解消できるという利点がある。
【０２０７】
本実施例では２連光減衰器アレイを説明したが、同様の構成の光減衰器単体もしくは３連以上の光減衰器レイにおいても、同様の効果が得られる。
【０２０８】
また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。
【０２０９】
更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、光導波路に熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光減衰器が実現する。このような熱光学型光減衰器においても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状１／２波長板を用いた構成の熱光学型光減衰器アレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。なお、熱光学型光減衰器アレイの場合は、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路や、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【０２１０】
【発明の効果】
以上の説明から判るように、本発明の偏波制御回路アレイおよびそれを用いた光回路によれば、櫛歯状１／２波長板で偏波変換を行うことから、交差導波路を削減することができるので、交差導波路によって生じる過剰損失（交差損失）を低減することができる。また、交差導波路によって生じる交差損失の光経路依存性を解消することができる。更に、光導波路の引き回しが必要なくなり、回路サイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例としての偏波制御回路アレイの構成図。
【図２】図１における櫛歯状１／２波長板の挿入部分を拡大して示す図。
【図３】本発明の第２の実施例としての導波路型光増幅器アレイの構成図。
【図４】図３における半導体光増幅器（ＳＯＡ）をハイブリッド集積したＰＬＣ実装基板を示す図。
【図５】本発明の第３、第６、第７の実施例としての偏波無依存光スイッチアレイの構成を示す図。
【図６】図５の線分Ａ１−Ａ２の断面図。
【図７】本発明の第４の実施例としての偏波無依存光スイッチアレイの構成図。
【図８】本発明の第５の実施例としての偏波無依存光減衰器アレイの構成図。
【図９】本発明の第８の実施例としての偏波無依存光減衰器アレイの構成図。
【図１０】本発明の第９の実施例としての偏波無依存光減衰器アレイの構成図。
【図１１】第７の実施例に関連し、従来の１／２波長板を用いた場合の交差損失の光経路依存性を示す図。
【図１２】従来の偏波無依存光変調器の構成図。
【図１３】従来の偏波無依存光変調器をアレイ化した場合の構成図。
【図１４】図１３における交差損失の光経路依存性を説明する図。
【符号の説明】
１、１４ 櫛歯状１／２波長板挿入用の溝
２、４ 偏波制御回路アレイ
３ 光強度制御回路アレイ
５、６ ４アレイ半導体光増幅器（ＳＯＡ）素子
７、８ ハイブリッド実装用半田パタン
９ Siテラス搭載部
１０、１１ 光導波路コア
１２、１３ ４アレイ半導体光増幅器（ＳＯＡ）素子駆動用電極
１５、１８、２１、２４、２６ 第１の光回路群
１６、１９、２２、２５、２７ 第２の光回路群
１７、２０、２３ 第３の光回路群
２８ 櫛歯状１／２波長板の光学主軸
103 、303 、305 、507 、512 、704 、713 、804 、813 、907 、1004 櫛歯状１／２波長板
101a-101h 、301a-301d 、5A01a-5A01b 、5B01a-5B01b 、7A01a-7A01b 、7B01a-7B01b 、9A01a-9A01b 、9B01a-9B01b 、10A01 、10B01 、1201a-1201b 入力光導波路
102a-102d 、302a-302d 、306a-306d 、5A05a-5A05b 、5B05a-5B05b 、5A14a-5A14b 、5B14a-5B14b 、7A02a-7A02b 、7B02a-7B02b 、7A15a-7A15b 、7B15a-7B15b 、8A02、8B02、8A15、8B15、9A05a-9A05b 、9B05a-9B05b 、10A02 、10B02 、1202、1216a-1216b 偏波合分波回路
104a-104h 、307a-307d 、5A18a-5A18b 、5B18a-5B18b 、7A16a-7A16b 、7B16a-7B16b 、8A16、8B16、1217a-1217b 出力光導波路
5A02、5B02、5A17、5B17、7A06a-7A06b 、7B06a-7B06b 、7A11a-7A11b 、7B11a-7B11b 、8A06a-8A06b 、8B06a-8B06b 、8A11a-8A11b 、8B11a-8B11b 、9A02、9B02、10A06a-10A06b 、10B06a-10B06b 、1206a-1206b 、1212a-1212b 光結合回路
912 、1011 反射面
1101、1318 交差導波路
1204、1214 通常の１／２波長板（従来）
【発明の属する技術分野】
本発明は光部品の偏波無依存化を可能にする偏波制御回路アレイ、および、それを用いた偏波無依存の光回路に関する。光回路としては、例えば複数の波長の光について光強度を制御するための光増幅器アレイや光変調器アレイ、光スイッチアレイ、光減衰器アレイなどがある。本発明は光波長多重通信システムを構成する光部品に適用して有用である。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの爆発的な進展に伴う通信システムの大容量化への要請に応えるために、光波長多重通信が広く普及している。光波長多重通信システムを構成する上で、複数の波長毎に光強度を制御するための、光スイッチアレイ、光減衰器アレイといった各種の光部品が必須となっている。
【０００３】
しかしながら、高速伝送においては、光部品の持つ偏波依存損失（ＰＤＬ）といった偏波に依存して生じる効果が光信号の品質劣化を引き起し、問題となっていた。例えば、電気光学効果を利用して光強度変調を行うマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型ＬＮ変調器においては、電気光学効果が非常に大きな偏波依存性を持っているため、通常大きなＰＤＬが発生する。
【０００４】
このＰＤＬは、ＭＺＩ型ＬＮ変調器を光減衰器もしくは光スイッチとして利用する場合、大きな問題となる。
【０００５】
そこで、ＰＤＬを解消するために従来、光を直交する２つの偏波に分波し、分波した光を同一の偏波（ＴＭ偏波）に変換した後、個別に変調を行うという手法が提案されている（例えば、G.Isikawa et al., ECOC96, Th3-3,Oslo 「80-Gb/s (2x40-GB-s) transmission experiments over 667-km dispersion-shifted fiber using Ti:LiNbO3 OTDM modulator and demultiplexer」）。
【０００６】
この手法による偏波無依存光変調器の概略構成例を図１２に示す。図１２中の符号で、 1201a-1201bは入力光導波路、1202および1216a-1216b は偏波合分波回路、1204および1214は通常の１／２波長板、 1206a-1206bおよび1212a-1212b は方向性結合器、 1208a-1208cはグランド電極、 1209a-1209bは信号電極、 1217a-1217bは出力光導波路を表す。また、 1203a-1203b,1205a-1205b,1207a-1207d,1210a-1210d,1213a-1213dおよび1215a-1215d は光導波路を表す。
【０００７】
偏波合分波回路1202と１／２波長板1204は、第１の偏波制御回路を構成する。１／２波長板1204は黒塗り部分で示すように、偏波合分波回路1202の上側出力ポートに接続した光導波路1203a, 1205a間の溝に挿入されている。偏波合分波回路1202は入力した任意偏波の光をＴＭ偏波とＴＥ偏波に分波する。１／２波長板1204は、分波した光のうちＴＥ偏波の光をＴＭ偏波に変換する。これにより、入力した光は直交する２つの偏波に分波され、分波した光は同一の偏波（ＴＭ偏波）に変換される。
【０００８】
方向性結合器1206a と、方向性結合器1212a と、その間の上側アーム（光導波路1207a,1210a)および下側アーム（光導波路1207b,1210b)と、下側アームに設けた信号電極1209a は、ＭＺＩ型ＬＮ変調器を構成する。同様に、方向性結合器1206b と、方向性結合器1212b と、その間の上側アーム（光導波路1207c,1210c)および下側アーム（光導波路1207d,1210d)と、上側アームに設けた信号電極1209b も、ＭＺＩ型ＬＮ変調器を構成する。これら上段、下段２つのＭＺＩ型ＬＮ変調器はともにＴＭ偏波の光を入力し、それぞれの信号電極1209a, 1209bに印加される電気信号に応じて、光強度を制御する。
【０００９】
１／２波長板1214と偏波合分波回路1216a,1216b は、第２の偏波制御回路を構成する。１／２波長板1214は黒塗り部分で示すように、隣接する２つの光導波路の各溝（下段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のスルーポートに接続した光導波路1213c,1215c 間の溝、並びに、そのクロスポートに接続した光導波路1213d,1215d 間の溝）に挿入されており、下段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のスルーポートおよびクロスポートから出力されるＴＭ偏波の２つの光を、ともにＴＥ偏波に変換する。偏波合分波回路1216a は、上段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のスルーポートから出力されたＴＭ偏波の光と、下段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のスルーポートから出力され、且つ、１／２波長板1214でＴＭ偏波からＴＥ偏波に偏波された光とを合波する。同様に、偏波合分波回路1216b は、上段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のクロスポートから出力されたＴＭ偏波の光と、下段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のクロスポートから出力され、且つ、１／２波長板1214でＴＭ偏波からＴＥ偏波に変換された光とを合波する。
【００１０】
動作の詳細は以下の通りである。
（１）入力光導波路1201a または1201b から入力した光は、偏波合分波回路1202でＴＥ偏波とＴＭ偏波に分波される。分波したＴＥ偏波の光は光導波路1203a を経て１／２波長板1204によりＴＭ偏波に変換された後、光導波路1205a を経て上段のＭＺＩ型ＬＮ変調器へ出力される。分波したＴＭ偏波の光は、光導波路1203b, 1205bを経てそのまま、下段のＭＺＩ型ＬＮ変調器へ出力される。
（２）上段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のスルーポートから出力されたＴＭ偏波の光は、光導波路1213a,1215a を経てそのまま、偏波合分波回路1216a に入力される。下段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のスルーポートから出力されたＴＭ偏波の光は、光導波路1213c を経て１／２波長板1214でＴＥ偏波に変換された後、光導波路1215c を経て偏波合分波回路1216a に入力される。偏波合分波回路1216a は入力したＴＭ偏波とＴＥ偏波を合波して、出力光導波路1217a へ出力する。
（３）同様に、上段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のクロスポートから出力されたＴＭ偏波の光は、光導波路1213b,1215b を経てそのまま、偏波合分波回路1216b に入力される。下段のＭＺＩ型ＬＮ変調器のクロスポートから出力されたＴＭ偏波の光は、光導波路1213d を経て１／２波長板1214によりＴＥ偏波に変換された後、光導波路1215d を経て偏波合分波回路1216b に入力される。偏波合分波回路1216b は入力したＴＭ偏波とＴＥ偏波を合波して、出力光導波路1217b へ出力する。
【００１１】
上記のように、従来の偏波無依存光変調器では、偏波を全て電気光学効果の大きな偏波に設定することが可能となり、電気光学効果を効率良く利用できる。同時に、偏波無依存化が可能であるため、光変調器として非常に有効である。
【００１２】
ところで、光波長多重通信においては、波長毎に、光スイッチや光減衰器等の光強度制御器が必要となる。そこで、図１２に示した偏波無依存光変調器を利用して、例えば図１３に示すような４連の偏波無依存光変調器アレイが作製可能である。
【００１３】
図１３中の符号で、 1301a-1301dは入力光導波路、1302および1316は偏波合分波回路（楕円マーク）、1304および1314は通常の１／２波長板、1306および1313は方向性結合器（三角マーク）、1308はグランド電極、1309は信号電極、 1317a-1317hは出力光導波路、1318は交差導波路（丸マーク）を表す。簡単のため、他の光導波路の符号は省略する。
【００１４】
図１３では、偏波無依存光変調器アレイが４連であることから、第１の偏波制御回路アレイは４連であり、４個の偏波合分波回路1302と１個の１／２波長板1304からなる。ＭＺＩ型ＬＮ変調器アレイは８連であり、８個の方向性結合器1306と、１６個のアーム導波路と、８個の方向性結合器1313からなる。第２の偏波制御回路アレイは４連であり、８個の偏波合分波回路1316と１個の１／２波長板1314からなる。
【００１５】
第１の偏波制御回路アレイを構成する１／２波長板1304は、黒塗り部分が示すように連続して隣接する複数本（この例では４本）の光導波路に挿入される通常のものである。このような１／２波長板1304を所望の光導波路のみに挿入するために、第１の偏波制御回路アレイでは、多数の光導波路を複雑に引き回すとともに交差導波路1318を６個用いることにより、４個の偏波合分波回路1302と８個の方向性結合器1306を接続している。
【００１６】
同様に、第２の偏波制御回路アレイを構成する１／２波長板1314も、黒塗り部分が示すように連続して隣接する複数本（この例では４本）の光導波路に挿入される通常のものである。従って、１／２波長板1314を所望の光導波路のみに挿入するために、第２の偏波制御回路アレイでは、多数の光導波路を複雑に引き回すとともに交差導波路1318を２８個用いることにより、８個の方向性結合器1312と８個の偏波合分波回路1316を接続している。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１３に示したように、通常の１／２波長板1304,1314 を所望の光導波路のみに挿入する必要があることから、以下のような課題があった。
（１）複雑な光導波路の引き回しが必要であり、回路サイズの増大を招いていた。
（２）交差導波路1318が必要であり、過剰損失の増大を招いていた。
（３）光が通る経路によって交差導波路1318の数が異なるため、交差損失（交差導波路による過剰損失）の光経路依存性が生じていた。
【００１８】
交差損失の光経路依存性について、図１４を用いて具体的に説明する。図１４の回路構成は図１３と全く同じである。ここで、第１の偏波制御回路アレイの最上段の偏波合分波回路1302から第２の偏波制御回路アレイの最上段の偏波合分波回路1316へ至る２つの経路Ａ、Ｂを考える。経路Ａは最上段のＭＺＩ型ＬＮ変調器を通る光経路であり、経路Ｂは上から５段目のＭＺＩ型ＬＮ変調器を通る光経路である。また、例えば、基板にLiNbO3のＺカット、光導波路としてTi拡散光導波路を用い、交差角度を４０度とした場合、交差角１個当たり、０．２ｄＢの交差損失が発生するものとする。
【００１９】
従って、経路Ａの交差損失は交差導波路がないから０ｄＢとなり、経路Ｂの交差損失は交差導波路1318が１０個あるから２．０ｄＢとなり、過剰損失の光経路依存性が生じる。この構成の場合、経路Ａ、Ｂによる交差損失の差２．０ｄＢはそのままＰＤＬとなるため、非常に問題となる。
【００２０】
本発明の目的は、光導波路の複雑な引き回しと交差導波路を削減でき、小型で低損失な偏波制御回路アレイを実現すること、並びに、この偏波制御回路アレイを用いた小型で低損失な偏波無依存の光回路を実現することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記課題を解決する偏波制御回路アレイであり、２個以上の偏波合分波回路と、１枚以上の櫛歯状１／２波長板とを備え、前記櫛歯状１／２波長板が前記偏波合分波回路の入力光導波路または出力光導波路のいずれかに、光学が基板に対して４５度傾いて挿入されていることを特徴とする。
第１の発明によれば、入力した光を全て同一で単一な偏波に変換することができる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２２】
第２の発明は、上記課題を解決する光回路であり、第１の偏波制御回路アレイ、第２の偏波制御回路アレイおよび偏波依存性のある光強度制御回路アレイを備える光回路において、前記第１の偏波制御回路アレイと、前記光強度制御回路アレイと、前記第２の偏波制御回路アレイとが順に接続され、かつ、配置されており、前記第１および第２の偏波制御回路アレイが第１の発明の偏波制御回路アレイであることを特徴とする。
第２の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路、例えば偏波無依存の導波路型光増幅器アレイ、偏波無依存光変調器アレイ、偏波無依存光減衰器アレイが実現できる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２３】
第３の発明は、上記課題を解決する光回路であり、第１の偏波制御回路アレイ、第２の偏波制御回路アレイおよび偏波依存性のある光位相制御回路アレイを備える光回路において、前記第１の偏波制御回路アレイと、前記光位相制御回路アレイと、前記第２の偏波制御回路アレイとが順に接続され、かつ、配置されており、前記第１および第２の偏波制御回路アレイが第３の発明の偏波制御回路アレイであることを特徴とする。
第３の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路、例えば偏波無依存光スイッチアレイ、偏波無依存光変調器アレイ、偏波無依存光減衰器アレイが実現できる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２４】
第４の発明は、上記課題を解決する光回路であり、順に接続されかつ配置された、第１の光回路群、第２の光回路群および第３の光回路群を備え、前記第１の光回路群は、第１の光結合回路アレイと、第１の偏波制御回路アレイとが順に接続されたものであり、前記第２の光回路群は、前記第１の光回路群の出力光導波路に接続される、前記出力光導波路と同数の入出力光導波路と、前記入出力光導波路に装荷した光の位相を変化させるための位相シフト回路とから構成された光位相制御回路アレイであり、前記第３の光回路群は、第２の偏波制御回路アレイと、第２の光結合回路アレイとが順に接続されたものであり、前記第１および第２の偏波制御回路アレイが第１の発明の偏波制御回路アレイであることを特徴とする。
第４の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路、例えば偏波無依存光スイッチアレイ、偏波無依存光変調器アレイ、偏波無依存光減衰器アレイが実現できる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２５】
第５の発明は、上記課題を解決する光回路であり、順に接続されかつ配置された、第１の光回路群、第２の光回路群および第３の光回路群を備え、前記第１の光回路群は、第１の偏波制御回路アレイと、第１の光結合回路アレイとが順に接続されたものであり、前記第２の光回路群は、前記第１の光回路群の出力光導波路に接続される、前記出力光導波路と同数の入出力光導波路と、前記入出力光導波路に装荷した光の位相を変化させるための位相シフト回路とから構成された光位相制御回路アレイであり、前記第３の光回路群は、第２の光結合回路アレイと、第２の偏波制御回路アレイとが順に接続されたものであり、前記第１および第２の偏波制御回路アレイが第１の発明の偏波制御回路アレイであることを特徴とする。
第５の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路、例えば偏波無依存光スイッチアレイ、偏波無依存光変調器アレイ、偏波無依存光減衰器アレイが実現できる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２６】
第６の発明は、第５の発明において、前記第１の偏波制御回路アレイを構成する偏波合分波回路の数が前記第１の光結合回路アレイを構成する光結合回路の数より少なく、前記第２の偏波制御回路アレイを構成する偏波合分波回路の数が前記第２の光結合回路アレイを構成する光結合回路の数より少ないことを特徴とする光回路である。
第６の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、回路サイズがより小型化できる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２７】
第７の発明は、第４の発明において、前記第３の光回路群に代えて、前記第２の光回路群の出力側に反射面を備えたことを特徴とする光回路である。
第７の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、回路サイズがより小型化できるとともに、高効率な光位相制御が可能になる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２８】
第８の発明は、第５または第６の発明において、前記第３の光回路群に代えて、前記第２の光回路群の出力側に反射面を備えたことを特徴とする光回路である。
第８の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、回路サイズがより小型化できるとともに、高効率な光位相制御が可能になる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００２９】
第９の発明は、第４または第７の発明において、個々の光回路群がそれぞれ異なる基板上に配置され、基板同士が端面で突き合わされて光回路群間の光導波路同士が光結合されてることを特徴とする光回路である。
第９の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、光回路作製の歩留まりが良くなる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００３０】
第１０の発明は、第５または第６または第８の発明において、個々の光回路群がそれぞれ異なる基板上に配置され、基板同士が端面で突き合わされて光回路群間の光導波路同士が光結合されてることを特徴とする光回路である。
第１０の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、光回路作製の歩留まりが良くなる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【００３１】
ここで、光位相制御回路アレイとしては、位相制御に電気光学効果を利用したものや、熱光学効果を利用したものなどを用いることができる。電気光学効果を利用する場合は、光導波路としてニオブ酸リチウム系光導波路など電気光学効果の大きい材料を用いて作製すると良い。熱光学効果を利用する場合は、電気光学効果の大きい光導波路に限らず、石英系光導波路やプラスチック系光導波路など種種の光導波路を用いて作製することができる。
また、個々の光回路群を異なる基板上に配置して端面接続する場合、基板は同種のものであっても、異種のものであってもかまわない。光結合回路アレイと偏波制御回路アレイを含む光回路群をシリコン基板上に形成される石英系光導波路で作製した場合は、外部光ファイバとの接続に適し、また、櫛歯状１／２波長板挿入用の溝形成が容易である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の偏波制御回路アレイおよびそれを用いた光回路を説明する。
【００３３】
［第１の実施例］
図１に、本発明の第１の実施例として、偏波制御回路アレイの構成を示す。本実施例の偏波制御回路アレイは４連であり、４個の偏波合分波回路102a-102d と、１枚の櫛歯状１／２波長板103 を用いて構成されている。櫛歯状１／２波長板103 は、偏波合分波回路102a-102d の出力光導波路104a,104c,104e,104g に、主軸が光導波路に対して４５度傾いて、挿入されている。
【００３４】
この偏波制御回路アレイでは、回路を配置する基板として平面シリコン基板を用い、入力光導波路101a-101h や出力光導波路104a-104h など偏波制御回路アレイの構成に必要な光導波路として、石英系光導波路を用いている。
【００３５】
入力光導波路101a-101h はもとより、８本の出力光導波路104a-104h は図１より分かるように、交差せず、また、引き回されていない。本例では図示の如く、これらの光導波路は全て直線的に配置され、平行である。
【００３６】
４個の偏波合分波回路102a-102d はそれぞれ、入力光導波路101a-101h から入力した光をＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離し、出力光導波路104a-104h に出力する。
【００３７】
本実施例では、偏波合分波回路102aは出力光導波路104aにＴＥ偏波を、出力光導波路104bにＴＭ偏波を出力し、偏波合分波回路102bは出力光導波路104cにＴＥ偏波を、出力光導波路104dにＴＭ偏波を出力し、偏波合分波回路102cは出力光導波路104eにＴＥ偏波を、出力光導波路104fにＴＭ偏波を出力し、偏波合分波回路102dは出力光導波路104gにＴＥ偏波を、出力光導波路104hにＴＭ偏波を出力するものとする。
【００３８】
１／２波長板103 は、８本の出力光導波路104a-104h が上述の如く交差せず、引き回しされてないことから、そのうち所望の出力光導波路に挿入するために、通常のものとは異なり、櫛歯状になっている。具体的には、平行な８本の出力光導波路104a-104h のうち、１本おきの出力光導波路104a,104c,104e,104g に挿入できるように、出力光導波路104a-104h の間隔と幅に合わせて櫛歯状に形成してある。櫛歯状１／２波長板103 の４ヵ所の黒塗り部分が出力光導波路104a,104c,104e,104g に挿入した部分（歯の部分）である。
【００３９】
櫛歯状１／２波長板103 の挿入に際し、加工の便のため、８本の出力光導波路104a-104h 全てを一直線に分断する溝１を作製し、この溝１のうち、１本おきの出力光導波路104a,104c,104e,104g に対応する部分に、櫛歯状１／２波長板103 を挿入している。図２に櫛歯状１／２波長板103 の挿入部分を拡大して示す。図２中、符号２８は櫛歯状１／２波長板の光学主軸を表している。
【００４０】
櫛歯状１／２波長板103 は機械的には回路が配置されている平面（基板）に対して垂直に溝１に挿入されているが、光学的には出力光導波路104a,104c,104e,104g に対して、櫛歯状１／２波長板103 の光学主軸２８が４５度傾いた状態で挿入される。一般には、光導波路が基板平面と平行に作製されることから、櫛歯状１／２波長板103 は光学主軸２８を基板（平面）に対して４５度傾けて挿入される。
【００４１】
ここで、図１に示した偏波制御回路アレイにおける光信号の流れを説明する。例えば、入力光導波路101aに入力した光は偏波合分波回路102aに入射し、ＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する出力光導波路104aには櫛歯状１／２波長板103 が光学主軸を４５度傾けて挿入されているため、櫛歯状１／２波長板103 が光をＴＥ偏波からＴＭ偏波に変換する。ＴＭ偏波の光が伝搬する出力光導波路104bには櫛歯状１／２波長板103 が挿入されていため、光の偏波はＴＭ偏波のまま変わらない。その結果、２つの出力光導波路104a,104b からは全て、ＴＭ偏波の光が出射する。同様に、入力光導波路101bに光が入力した場合は２つの出力光導波路104c,104d から全てＴＭ偏波の光が、入力光導波路101cに光が入力した場合は２つの出力光導波路104e, 104fから全てＴＭ偏波の光が、入力光導波路101dに光が入力した場合は２つの出力光導波路104g,104h から全てＴＭ偏波の光が、それぞれ出射する。従って、本実施例の偏波制御回路アレイでは、入力した光を全て同一の偏波（ＴＭ偏波）に変換して出射することができる。
【００４２】
偏波制御回路アレイを、櫛歯状１／２波長板103 を用いて図１に示した構成とすることにより、下記▲１▼▲２▼に挙げる作用がある。
▲１▼交差導波路を削減できる。
▲２▼光導波路の複雑な引き回しを解消できる。
【００４３】
その結果、下記(1)(2)(3) に挙げる効果がある。
(1) 交差損失（交差導波路による過剰損失）を低減できる。
(2) 交差損失に起因した、損失の光経路依存性を解消できる。
(3) 回路サイズを低減できる
【００４４】
本実施例では入力した光を全てＴＭ偏波に変換しているが、櫛歯状１／２波長板103 を出力光導波路104b,104d,104f,104h に挿入すれば、入力した光を全てＴＥ偏波に変換して出射することができる。
【００４５】
また、本実施例では４連の偏波制御回路アレイを説明しているが、同様な２連以上の偏波制御回路アレイにおいても、上記と同様な効果が得られる。
【００４６】
また、本実施例では櫛歯状１／２波長板103 を１枚用いているが、２枚以上の櫛歯状１／２波長板を並べて用いても良い。櫛歯状１／２波長板を複数枚用いる方法は、偏波制御回路アレイが多連で出力光導波路の本数が多い場合など、１枚では櫛歯状１／２波長板の幅が長くなりすぎる場合に有用であり、複数枚の櫛歯状１／２波長板を光導波路の分断方向に並べると良い。
【００４７】
更に、溝１のうち櫛歯状１／２波長板103 が挿入されていない部分（白抜き部分）は、損失低減のために光導波路とほぼ同等の屈折率を持つ接着剤で埋めてある。損失が小さい場合は、溝が開いたままでも良い。
【００４８】
また、本実施例では加工の簡単のために溝１を全て出力光導波路104a-104h を分断して作製したが、櫛歯状１／２波長板103 が挿入される光導波路のみに溝を作製しても良い。
【００４９】
［第２の実施例］
図３に、本発明の第２の実施例として、偏波無依存導波路型光増幅器アレイの構成を示す。本実施例の導波路型光増幅器アレイは４連であり、４連の偏波制御回路アレイ（第１の偏波制御回路アレイ）２と、８連の光強度制御回路アレイ（強度変調回路アレイ）３と、４連の偏波制御回路アレイ（第２の偏波制御回路アレイ）４を用いて構成されている。この導波路型光増幅器アレイでも、回路を配置する基板として平面シリコン基板を用い、入力光導波路301a-301d や出力光導波路307a-307d など偏波制御回路アレイの構成に必要な光導波路として、石英系光導波路を用いている。
【００５０】
この導波路型光増幅器アレイは、偏波制御回路アレイ２と、光強度制御回路アレイ３と、偏波制御回路アレイ４を順次接続し、配置することで構成されている。本実施例では、これら偏波制御回路アレイ２、光強度制御回路アレイ３及び偏波制御回路アレイ４を異なる基板上に個別に作製した後、ＰＬＣ−ＰＬＣ基板接続により同一平面状に作製している。
【００５１】
偏波制御回路アレイ２は４個の偏波合分波回路302a-302d と１枚の櫛歯状１／２波長板303 を用い、４個の偏波合分波回路302a-302d の出力光導波路に、櫛歯状１／２波長板303 をその光学主軸を基板（光導波路）に対して４５度傾けて挿入したものであり、図１に示した偏波制御回路アレイと同様に構成されている。即ち、図１中の４個の偏波合分波回路102a-102d 、偏波合分波回路102a-102d の８本の出力光導波路104a-104h 、１枚の櫛歯状１／２波長板103 がそれぞれ、図３中の４個の偏波合分波回路302a-302d 、１枚の櫛歯状１／２波長板303 、偏波合分波回路302a-302d の８本の出力光導波路（符号はないが、光強度制御回路アレイ３の入力側に接続される光導波路）に相当する。
【００５２】
本例では、偏波制御回路アレイ２は入力した任意偏波の光を全て直交する２つの偏波（例えばＴＭ偏波とＴＥ偏波）に分波し、その後同一の偏波、例えばＴＭ偏波に変換するものとする。
【００５３】
偏波制御回路アレイ４は１枚の櫛歯状１／２波長板305 と４個の偏波合分波回路306a-306d を用いて構成され、櫛歯状１／２波長板305 は４個の偏波合分波回路302a-302d の入力光導波路に、その光学主軸を光導波路に対して４５度傾けて挿入されている。この偏波制御回路アレイ４では、櫛歯状１／２波長板305 と偏波合分波回路306a-306d の配置順は逆であるが、偏波制御回路アレイ２や図１に示した偏波制御回路アレイと同様、出力光導波路307a-307d はもとより、偏波合分波回路306a-306d の８本の入力光導波路（符号はないが、光強度制御回路アレイ３の出力側に接続される光導波路）は交差せず、また、引き回されていない。本実施例でも、これらの光導波路は全て直線的に配置され、平行である。詳細は後述する。
【００５４】
光強度制御回路アレイ３は、偏波制御回路アレイ２の出力光導波路及び偏波制御回路アレイ４の入力光導波路と同数の入出力光導波路と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）のアレイ素子をハイブリッド集積したものである。半導体光増幅器アレイ素子は８個の半導体光増幅器304a-304h を含み、個々の半導体光増幅器は個々の入出力光導波路に接続されている。
【００５５】
光強度制御回路アレイ３の各半導体光増幅器は、偏波制御回路アレイ２で変換された同一偏波（本例ではＴＭ偏波）の光強度を制御する。
【００５６】
図４に、光強度制御回路アレイ３として、２個の４連半導体光増幅器アレイ素子５、６を用いてハイブリッド集積したＰＬＣ実装基板を拡大して示す。図４において、固定用のAuSn半田パターン７、８が形成されたSiテラス搭載部９を高さ基準として、２個の４連半導体光増幅器アレイ素子５、６が高密度にハイブリッド実装され、Siテラス搭載部９両側の８本の入力光導波路コア１０及び８本の出力光導波路コア１１と光結合されている。なお、１２、１３はそれぞれ、４連半導体光増幅器アレイ素子５、６駆動用の電極を示している。
【００５７】
ここで、偏波制御回路アレイ４を詳細に説明する。１／２波長板305 は、上述した交差せず、引き回しされてない８本の入力光導波路のうち所望の光導波路に挿入するために、通常のものとは異なり、櫛歯状になっている。具体的には、平行な８本の入力光導波路のうち、１本おきの光導波路に挿入できるように、光導波路の間隔と幅に合わせて櫛歯状に形成してある。櫛歯状１／２波長板305 の４ヵ所の黒塗り部分が入力光導波路に挿入した部分（歯の部分）である。
【００５８】
この櫛歯状１／２波長板305 の挿入に際しても、加工の便のため、８本の入力光導波路全てを一直線に分断する溝１４を作製し、この溝１４のうち、１本おきの光導波路に対応する部分に、櫛歯状１／２波長板305 を挿入している。この櫛歯状１／２波長板305 も機械的には基板に対して垂直に溝１４に挿入されているが、光学的には光導波路に対して光学主軸が４５度傾いた状態で挿入される。一般には、光導波路が基板平面と平行に作製されることから、櫛歯状１／２波長板305 は基板に対して光学主軸を４５度傾けて挿入される。
【００５９】
本実施例では、櫛歯状１／２波長板305 は半導体光増幅器304b,304d,304f,304h が出力する光をＴＭ偏波からＴＥ偏波に変換する。
【００６０】
４個の偏波合分波回路306a-306d はそれぞれ、半導体光増幅器304a,304c,304e,304g から出力されたＴＭ偏波の光と、これと対をなすＴＥ偏波の光（半導体光増幅器304b,304d,304f,304h から出力され、かつ、櫛歯状１／２波長板305 でＴＭ偏波からＴＥ偏波へ変換された光）を合波して、出力光導波路307a-307d に出力する。
【００６１】
ここで、図３に示した導波路型光増幅器アレイにおける光信号の流れを説明する。例えば、入力光導波路301aに入力した光は偏波合分波回路302aに入射し、ＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路には櫛歯状１／２波長板303 が挿入されているため、櫛歯状１／２波長板303 が光をＴＥ偏波からＴＭ偏波に変換する。ＴＭ偏波の光が伝搬する光導波路には櫛歯状１／２波長板303 が挿入されていないため、光の偏波はＴＭ偏波のまま変わらない。その結果、２つの半導体光増幅器304a, 304bにはいずれもＴＭ偏波が入射することとなり、２つの半導体光増幅器304a, 304bに同じ電流を与えることで、偏波依存のない全く同様な増幅効率が得られる。そして、増幅された光のうち、一方を櫛歯状１／２波長板305 でＴＥ偏波に変換し、櫛歯状１／２波長板305 を通らない他方のＴＭ偏波と偏波合分波回路306aで合成する。その結果、出力光導波路307aからは、偏波無依存に増幅された光が得られる。同様に、入力光導波路301bに光が入力した場合は出力光導波路307bから、入力光導波路301cに光が入力した場合は出力光導波路307cから、入力光導波路301dに光が入力した場合は出力光導波路307dから、それぞれ偏波無依存に増幅された光が得られる。
【００６２】
このように偏波制御回路アレイ２を櫛歯状１／２波長板303 を用い、また、偏波制御回路アレイ４を櫛歯状１／２波長板305 を用いて、それぞれ図３に示した構成とすることにより、下記▲１▼〜▲５▼の作用効果がある。
▲１▼交差導波路を削減できる。
▲２▼光導波路の複雑な引き回しを解消できる。
▲３▼交差損失（交差導波路による過剰損失）を低減できる。
▲４▼交差損失に起因した、損失の光経路依存性を解消できる。
▲５▼回路サイズを低減できる
【００６３】
また、導波路型光増幅器アレイ全体の効果として、下記(1) 〜(4) 等があり、非常に有用である。
(1) 光強度制御回路アレイ３あるいは半導体光増幅器アレイ素子５、６単体の増幅効率に大きな偏波依存性があったとしても、偏波制御回路アレイ２、４を用いた構成により、偏波無依存な光増幅が可能である。
(2) 偏波制御回路アレイ２を用いて、光強度制御回路アレイ３の増幅効率が最も良い偏波に入力光を全て変換することにより、高効率な光増幅が可能となる。
(3) 偏波制御回路アレイ２と、光強度制御回路アレイ３と、偏波制御回路アレイ４とを個別に作製することにより、歩留良く導波路型光増幅器アレイを作製することができる。
(4) 増幅の仕方によって、光強度の増大、減衰、変調など種々の偏波無依存光強度制御を実現できる。
【００６４】
本実施例では４連の導波路型光増幅器アレイを説明しているが、同様な２連以上の導波路型光増幅器アレイにおいても、上記と同様な効果が得られる。
【００６５】
また、本実施例では偏波制御回路アレイ２と、光強度制御回路アレイ３と、偏波制御回路アレイ４とを個別に作製した後に、それらの基板を端面接続しているが、同一基板上に偏波制御回路アレイ２、光強度制御回路アレイ３および偏波制御回路アレイ４を全て作製しても、櫛歯状１／２波長板303,305 を用いたことによる効果が同様に期待できる。この場合、歩留りの低下が考えられるが、端面接続による過剰損失を解消できるという利点がある。
【００６６】
更に、本実施例では偏波制御回路アレイ４においても、偏波制御回路アレイ２と同様、溝１４のうち櫛歯状１／２波長板305 が挿入されていない部分（白抜き部分）は、損失低減のために光導波路とほぼ同等の屈折率を持つ接着剤で埋めてある。損失が小さい場合は、溝が開いたままでも良い。
【００６７】
また、加工の簡単のために溝１４を全ての入力光導波路を分断して作製したが、櫛歯状１／２波長板305 が挿入される光導波路のみに溝を作製しても良い。
【００６８】
また、本実施例では偏波制御回路アレイ４は櫛歯状１／２波長板305 が入力光導波路に挿入された４連のものであるが、同様な２連以上の偏波制御回路アレイを構成することができる。
【００６９】
また、本実施例では偏波制御回路アレイ４に櫛歯状１／２波長板305 を１枚用いているが、２枚以上の櫛歯状１／２波長板を並べて用いても良い。櫛歯状１／２波長板を複数枚用いる方法は、偏波制御回路アレイが多連で入力光導波路の本数が多い場合など、１枚では櫛歯状１／２波長板の幅が長くなりすぎる場合に有用であり、複数枚の櫛歯状１／２波長板を光導波路の分断方向に並べると良い。
【００７０】
更に、本実施例では偏波制御回路アレイ２により、入力した光を全てＴＭ偏波に変換して光強度制御回路アレイ３に出射しているが、櫛歯状１／２波長板303 の挿入位置をずらすことで、入力した光を全てＴＥ偏波に変換して光強度制御回路アレイ３に出射することができる。
【００７１】
また、偏波制御回路アレイ４中の櫛歯状１／２波長板305 の挿入位置をずらすことで、半導体増幅器304a,304c,304e,304g の出力光をＴＭ偏波からＴＥ偏波に変換することができる。
【００７２】
［第３の実施例］
図５に、本発明の第３の実施例として、偏波無依存光スイッチアレイの構成を示す。本実施例の光スイッチアレイは、４個の方向性結合回路（光結合回路）5A02,5B02,5A17,5B17 と、８個の偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b,5A14a,5A14b,5B14a,5B14b と、２枚の櫛歯状１／２波長板507,512 と、８連の光位相制御回路アレイ（詳細後述）を用いたものである。
【００７３】
言い換えれば、本実施例の光スイッチアレイは、第１の光結合回路アレイ（5A02,5B02)と、第１の偏波制御回路アレイ（5A05a,5A05b,5B05a,5B05b,507)と、光位相制御回路アレイと、第２の偏波制御回路アレイ（512,5A14a,5A14b,5B14a,5B14b)と、第２の光結合回路アレイ（5A17,5B17)とを順次接続してなる、２×２光スイッチを２つ上下並列に並べた２連の２×２光スイッチアレイである。
【００７４】
本実施例では、２連２×２光スイッチアレイの基板に、LiNbO3のＺカットを用いている。また、入力光導波路5A01a,5A01b,5B01a,5B01b や出力光導波路5A18a,5A18b,5B18a,5B18b 、他の光導波路5A03a,5A03b,5B03a,5B03b,5A04a,5A04b,5B04a,5B04b,5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d,5A08a,5A08b,5A08c,5A08d,5B08a,5B08b,5B08c,5B08d,5A09a,5A09b,5A09c,5A09d,5B09a,5B09b,5B09c,5B09d,5A13a,5A13b,5A13c,5A13d,5B13a,5B13b,5B13c,5B13d,5A15a,5A15b,5B15a,5B15b,5A16a,5A16b,5B16a,5B16b として、Ti拡散光導波路を用いている。
【００７５】
本実施例の光位相制御回路アレイは、位相シフト回路として、信号電極配線5A11a,5A11b,5A11c,5A11d,5B11a,5B11b,5B11c,5B11d 及びグランド電極配線5A10a,5A10b,5A10c,5A10d,5B10a,5B10b,5B10c,5B10d を装荷したものである。
【００７６】
図６を参照して、光位相制御回路アレイの構成を説明する。図６は図５中の線分Ａ１−Ａ２の断面図であり、光位相制御回路アレイの断面構造を示している。即ち、第１の偏波制御回路アレイと第２の偏波制御回路アレイ間を接続する各光導波路5A08a,5A08b,5A08c,5A08d,5B08a,5B08b,5B08c,5B08d は、その上部にバッファ層を介在して、位相制御を行うための電気信号を導波する信号電極5A11a,5A11b,5A11c,5A11d,5B11a,5B11b,5B11c,5B11d を装荷しており、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極配線5A10a,5A10b,5A10c,5A10d,5B10a,5B10b,5B10c,5B10d は各信号電極の脇に装荷されている。
【００７７】
第１の偏波制御回路アレイは、４個の偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b と光位相制御回路アレイとの間にて、偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b の出力導波路に櫛歯状１／２波長板507 を挿入することで、図３に示した偏波制御回路アレイ２と同様に構成されている。即ち、図３中の４個の偏波合分波回路302a-302d 、これら偏波合分波回路302a-302d の８本の出力光導波路、１枚の櫛歯状１／２波長板303 がそれぞれ、図５中の４個の偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b 、これら偏波合分波回路の８本の出力光導波路5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d 、１枚の櫛歯状１／２波長板507 に相当する。櫛歯状１／２波長板507 は、偏波合分波回路の８本の出力光導波路5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d のうち、１本おきに、４本の出力光導波路5A06b,5A06d,5B06b,5B06d に、光学主軸を基板に対して４５度傾けて挿入されている。
【００７８】
本実施例では、第１の偏波制御回路アレイは入力した任意偏波の光を全て直交する２つの偏波（例えばＴＭ偏波とＴＥ偏波）に分波し、その後同一の偏波、例えばＴＭ偏波に変換するものとする。
【００７９】
また、第２の偏波制御回路アレイは、光位相制御回路アレイと４個の偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b との間にて、偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b の入力導波路に櫛歯状１／２波長板512 を挿入することで、図３に示した偏波制御回路アレイ４と同様に構成されている。即ち、図３中の４個の偏波合分波回路306a-306d 、これら偏波合分波回路306a-306d の８本の入力光導波路、１枚の櫛歯状１／２波長板305 がそれぞれ、図５中の４個の偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b 、これら偏波合分波回路の８本の入力光導波路5A13a,5A13b,5A13c,5A13d,5B13a,5B13b,5B13c,5B13d 、１枚の櫛歯状１／２波長板512 に相当する。櫛歯状１／２波長板512 は偏波合分波回路の８本の入力光導波路5A13a,5A13b,5A13c,5A13d,5B13a,5B13b,5B13c,5B13d のうち、１本おきに、４本の入力光導波路5A13a,5A13c,5B13a,5B13c に、光学主軸を基板に対して４５度傾けて挿入されている。
【００８０】
第２の偏波制御回路アレイは、第１の偏波制御回路アレイで変換されていない方のＴＭ偏波を全てＴＥ偏波に変換するものとする。
【００８１】
第１、第２いずれの偏波制御回路アレイにおいても、櫛歯状１／２波長板507,512 を用いてるため、光導波路は交差せず、また、引き回されていない。光導波路は全て直線的に配置され、平行である。
【００８２】
ここで、図５に示した光スイッチアレイにおける光信号の流れと動作原理を説明する。例えば上段の２×２光スイッチにおいて、入力光導波路5A01a に入力した光は方向性結合回路5A02で光導波路5A03a,5A03b に等分配し、光導波路5A04a,5A04b に至る。光導波路5A04a,5A04b を伝搬する光は偏波合分波回路5A05a,5A05b に入射し、それぞれにてＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路5A06b,5A06d には光学主軸を４５度傾けて櫛歯状１／２波長板507 が挿入されており、ＴＥ偏波からＴＭ偏波へ変換する。位相制御を行うための光導波路5A08a-5A08d では、全てＴＭ偏波が伝搬する。これらのＴＭ偏波が光導波路5A08a-5A08d から光導波路5A09a-5A09d を経て伝搬する光導波路5A13a-5A13d のうち、光導波路5A13a,5A13c には光学主軸を４５度傾けた櫛歯状１／２波長板512 が挿入されており、伝搬するＴＭ偏波をＴＥ偏波へ変換する。この櫛歯状１／２波長板512 を通った光（ＴＥ偏波）と通らない光（光導波路5A13b,5A13d を伝搬するＴＭ偏波）とを偏波合分波回路5A14a,5A14b で偏波合成し、更に、方向性結合回路5A17で合波する。その際、光導波路5A15a,5A15b を導波する光間に半波長分の位相差が与えられた場合は、光は方向性結合回路5A17から出力光導波路5A18a へ伝搬する。光導波路5A15a,5A15b を導波する光間に位相差が与えられない場合は、光は方向性結合回路5A17から出力光導波路5A18b へ伝搬する。即ち、光位相制御回路アレイで所望の位相差を与えることで、光スイッチが実現する。入力光導波路5A01b に光が入力した場合、下段の２×２光スイッチの入力光導波路5B01a,5B01b に光が入力した場合も同様である。
【００８３】
次に、光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法について、図６を参照して説明する。図６において、光導波路5A08a,5A08b 上部の信号電極5A11a,5A11b に＋Ｖを、光導波路5A08c,5A08d 上部の信号電極5A11c,5A11d に−Ｖの電圧を印加する。このとき、光導波路5A08a-5A08d には図中Ｚ方向に電界が生じ、LiNbO3の持つ電気光学効果によって、光導波路5A08a と5A08c 、そして光導波路5A08b と5A08d を伝搬した光にはそれぞれ位相差が生じる。この位相差は、印加電圧の調整により、半波長分の位相差にしたり、位相差無しにしたり、任意の値にできる。光導波路5B08a,5B08b 上部の信号電極5B11a,5B11b 、光導波路5B08c,5B08d 上部の信号電極5B11c,5B11d に電圧を印加する場合も同様である。
【００８４】
次に、偏波無依存化の機構を説明する。LiNbO3のＺカットにおける電気光学効果は、ＴＥ偏波とＴＭ偏波で大きく異なっている。そこで、光を偏波合分波回路によってＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離し、更にＴＥ偏波のみを１／２波長板を用いてＴＭ偏波へ変換し、全てをＴＭ偏波に変換しておく。その後、それぞれのＴＭ偏波に対して個別に所望の位相制御を行う。これにより、同一で単一の偏波のみを個別に変調することになるため、変調後の光信号には偏波依存性が生じない。従って、偏波無依存光スイッチが得られる。
【００８５】
ここで、第１、第２の偏波制御回路アレイに櫛歯状１／２波長板を用いることによる効果を説明する。
(1) 従来の１／２波長板を用いて偏波無依存光スイッチアレイを構成しようとした場合、１／２波長板を挿入する光導波路と挿入しない光導波路とをそれぞれまとめる必要があるから、光導波路を引き回し、交差導波路が必須のものとなっていた。例えば、本実施例の光導波路（LiNbO3のＺカット基板とTi拡散光導波路）を用いて交差角４０度の交差導波路を作製した場合、１ポイント（１交差角）当たり０．２ｄＢの過剰損失が発生する。この交差導波路の数はアレイ数が多くなるのにつれて増大する。
(2) しかしながら、櫛歯状１／２波長板507,512 を用いることによって、交差導波路を削減でき、交差導波路に起因した過剰損失の増大を解消できる。
(3) また、光導波路の引き回しによる交差導波路を除去できるため、交差損失の光経路依存性を解消できる。
(4) 更に、光導波路の引き回しが必要なくなり、回路サイズの縮小が可能となる。例えば、本例の２連２×２光スイッチアレイにおいては、従来用いられている通常の１／２波長板を用いた構成よりも、回路長を１ｍｍ程度削減することができた。
【００８６】
このように、本実施例の偏波無依存２連２×２光スイッチアレイは、交差導波路が１つもないため、非常に低損失である等の利点がある。
【００８７】
本実施例では２連光スイッチアレイを説明したが、同様の構成の光スイッチ単体もしくは３連以上の光スイッチアレイにおいても、同様の効果が得られる。
【００８８】
また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。
【００８９】
更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、光導波路に熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光スイッチが実現する。このような熱光学型光スイッチにおいても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状１／２波長板を用いた構成の熱光学型光スイッチアレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。なお、熱光学型光スイッチアレイの場合は、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路や、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【００９０】
［第４の実施例］
図７に、本発明の第４の実施例として、別の偏波無依存光スイッチアレイの構成を示す。本実施例の光スイッチアレイは、８個の方向性結合回路（光結合回路）7A06a,7A06b,7B06a,7B06b,7A11a,7A11b,7B11a,7B11b と、８個の偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b,7A15a,7A15b,7B15a,7B15b と、２枚の櫛歯状１／２波長板704,713 と、８連の光位相制御回路アレイ（詳細後述）を用いたものである。
【００９１】
言い換えれば、本実施例の光スイッチアレイは、第１の偏波制御回路アレイ（7A02a,7A02b,7B02a,7B02b,704)と、第１の光結合回路アレイ（7A06a,7A06b,7B06a,7B06b)と、光位相制御回路アレイと、第２の光結合回路（7A11a,7A11b,7B11a,7B11b)と、第２の偏波制御回路アレイ（713,7A15a,7A15b,7B15a,7B15b)とを順次接続してなる、２×２光スイッチを２つ上下並列に並べた２連の２×２光スイッチアレイである。
【００９２】
本実施例では、２連２×２光スイッチアレイの基板にLiNbO3のＺカットを用いている。また、入力光導波路7A01a,7A01b,7B01a,7B01b や出力光導波路7A16a,7A16b,7B16a,7B16b 、他の光導波路7A03a,7A03b,7A03c,7A03d,7B03a,7B03b,7B03c,7B03d,7A05a,7A05b,7A05c,7A05d,7B05a,7B05b,7B05c,7B05d,7A07a,7A07b,7A07c,7A07d,7B07a,7B07b,7B07c,7B07d,7A10a,7A10b,7A10c,7A10d,7B10a,7B10b,7B10c,7B10d,7A12a,7A12b,7A12c,7A12d,7B12a,7B12b,7B12c,7B12d,7A14a,7A14b,7A14c,7A14d,7B14a,7B14b,7B14c,7B14d として、Ti拡散光導波路を用いている。
【００９３】
本実施例の光位相制御回路アレイは、位相シフト回路として、図５と同様、信号電極配線7A09a,7A09b,7A09c,7A09d,7B09a,7B09b,7B09c,7B09d 及びグランド電極配線7A08a,7A08b,7A08c,7A08d,7B08a,7B08b,7B08c,7B08d を装荷している。
【００９４】
従って、光位相制御回路アレイの構成は図５と類似である。しかし、本実施例では、第１の光結合回路アレイ(7A06a,7A06b,7B06a,7B06b) と第２の光結合回路アレイ(7A11a,7A11b,7B11a,7B11b) 間を接続する各光導波路7A07a,7A07b,7A07c,7A07d,7B07a,7B07b,7B07c,7B07d が、その上部に、位相制御を行うための電気信号を導波する信号電極7A09a,7A09b,7A09c,7A09d,7B09a,7B09b,7B09c,7B09d を装荷しており、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極7A08a,7A08b,7A08c,7A08d,7B08a,7B08b,7B08c,7B08d は各信号電極の脇に装荷されている。
【００９５】
なお、方向性結合回路7A06a,7A11a とその間の光導波路7A07a,7A10a,7A07b,7A10b および信号電極7A09a,7A09b との組み合わせ、方向性結合回路7A06b,7A11b とその間の光導波路7A07c,7A10d,7A07c,7A10d および信号電極7A09c,7A09d との組み合わせ、方向性結合回路7B06a,7B11a とその間の光導波路7B07a,7B10a,7B07b,7B10b および信号電極7B09a,7B09b との組み合わせ、方向性結合回路7B06b,7B11b とその間の光導波路7B07c,7B10c,7B07d,7B10d および信号電極7B09c,7B09d との組み合わせは、それぞれ、電気光学効果を用いたマッハツェンダー干渉計スイッチとして動作する。
【００９６】
第１の偏波制御回路アレイは、４個の偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b と第１の光結合回路アレイ(7A06a,7A06b,7B06a,7B06b) との間にて、偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b の出力光導波路に櫛歯状１／２波長板704 を挿入することで、構成している。この櫛歯状１／２波長板704 は、偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b の８本の出力光導波路7A03a,7A03b,7A03c,7A03d,7B03a,7B03b,7B03c,7B03d のうち、２本おきに２本ずつ、計４本の出力光導波路7A03c,7A03d,7B03c,7B03d に挿入されている。櫛歯状１／２波長板704 は偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b で分波された直交する２つの偏波（例えばＴＭ偏波とＴＥ偏波）を、同一の偏波例えばＴＭ偏波に変換することとする。
【００９７】
また、第２の偏波制御回路アレイは、第２の光結合回路アレイ(7A11a,7A11b,7B11a,7B11b) と４個の偏波合分波回路7A15a,7A15b,7B15a,7B15b との間にて、偏波合分波回路7A15a,7A15b,7B15a,7B15b の入力光導波路に櫛歯状１／２波長板713 を挿入することで、構成している。この櫛歯状１／２波長板713 は、偏波合分波回路の８本の入力光導波路7A14a,7A14b,7A14c,7A14d,7B14a,7B14b,7B14c,7B14d のうち、２本おきに２本ずつ、計４本の入力光導波路7A14a,7A14b,7B14a,7B14b に挿入されている。この櫛歯状１／２波長板713 は第１の偏波制御回路アレイで変換されていない方のＴＭ偏波を全てＴＥ偏波に変換するものとしている。
【００９８】
櫛歯状１／２波長板704,713 はそれぞれ、８本全ての光導波路を分断して作製した溝に、光学主軸を基板（光導波路）に対し４５度傾けて、挿入されている。溝のうち櫛歯状１／２波長板704,713 が挿入されていない部分（白抜き部分）は、損失低減のために光導波路とほぼ同等の屈折率を持つ製接着剤で埋めてある。但し、損失が小さい場合は、溝が開いたままでも良い。また、櫛歯状１／２波長板704,713 が挿入される光導波路7A03c,7A03d,7B03c,7B03d,7A14a,7A14b,7B14a,7B14b のみに溝を作製しても良い。
【００９９】
ここで、図７に示した光スイッチアレイにおける光信号の流れを説明する。例えば上段の２×２光スイッチにおいて、入力光導波路7A01a に入力した光を偏波合分波回路7A02a でＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路7A03c に光学主軸を４５度傾けた櫛歯状１／２波長板704 が挿入されており、ＴＥ偏波からＴＭ偏波へ変換する。偏波合分波回路7A02a で分離されたＴＭ偏波を方向性結合器7A06a で光導波路7A07a,7A07b に等分配し、櫛歯状１／２波長板704 でＴＥ偏波から変換されたＴＭ偏波を方向性結合器7A06b で光導波路7A07c,7A07d に等分配する。これら４本の光導波路7A07a,7A07b,7A07c,7A07d は、上部に電気配線を装荷していて位相を変化させることが可能な光位相制御回路となっている。この光位相制御回路を導波した光は、光導波路7A10a,7A10b,7A10c,7A10d を導波し、方向性結合器7A11a,7A11b で合波する。その際、光導波路7A10a,7A10b 若しくは光導波路7A10c,7A10d を導波する光間に、半波長分の位相差が与えられた場合は、方向性結合回路7A11a,7A11b から光導波路7A12a もしくは光導波路7A12c へ光が伝搬し、位相差が与えられない場合は、光導波路7A12b もしくは光導波路7A12d へ光が伝搬する。そして、光導波路7A12a,7A12b には光学主軸を４５度傾けた櫛歯状１／２波長板713 が挿入されており、伝搬するＴＭ偏波をＴＥ偏波へ変換する。この櫛歯状１／２波長板713 で偏波変換された（ＴＥ偏波）と偏波変換されない光（ＴＭ偏波）とを偏波合分波回路7A15a,7A15b で偏波合成し、出力光導波路7A16a,7A16b へ伝搬する。従って、光位相制御回路アレイにおいて位相シフト回路で所望の位相差を与えることで、光スイッチが実現する。入力光導波路7A01b に光が入力した場合、下段の２×２光スイッチの入力光導波路7B01a,7B01b に光が入力した場合も同様である。
【０１００】
光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法は、図６を参照して説明したものと同様である。
【０１０１】
ここで、偏波無依存化の機構を説明する。まず、光を偏波合分波回路によって第１のＴＥ偏波と第１のＴＭ偏波に分離し、第１のＴＥ偏波を１／２波長板を用いて第２のＴＭ偏波へ変換する。第１のＴＭ偏波と第２のＴＭ偏波を個別に、電気光学効果を用いた第１、第２のマッハツェンダー干渉計スイッチによってスイッチングする。このとき、入射光が同一で単一な偏波（ＴＭ偏波）であるため、位相シフト回路に所望の電気信号を与えることで、第１のマッハツェンダー干渉計スイッチと第２のマッハツェンダー干渉計スイッチは同様に動作する。そして、第１、第２のマッハツェンダー干渉計スイッチのうち、一方の出力光を第２のＴＥ偏波に変換し、偏波合分波回路で他方の出力光（第２のＴＭ偏波）と合波することで、偏波無依存なスイッチング特性が得られる。
【０１０２】
第１、第２の偏波制御回路アレイにて櫛歯状１／２波長板704,713 を用いることによる効果は、第３の実施例と同様であり、交差導波路を削減でき、交差導波路に起因した過剰損失の増大を解消でき、交差損失の光経路依存性を解消でき、回路サイズの縮小が可能となる。
【０１０３】
なお、本実施例では２連光スイッチアレイを説明したが、同様の構成の光スイッチ単体もしくは３連以上の光スイッチアレイにおいても、同様の効果が得られる。また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光スイッチが実現する。このような熱光学型光スイッチにおいても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状１／２波長板を用いた構成の熱光学型光スイッチアレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。なお、熱光学型光スイッチアレイの場合、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【０１０４】
［第５の実施例］
図８に、本発明の第５の実施例として、偏波無依存光減衰器アレイの構成を示す。本実施例の光減衰器アレイは、８個の方向性結合回路（光結合回路）8A06a,8A06b,8B06a,8B06b,8A11a,8A11b,8B11a,8B11b と、４個の偏波合分波回路8A02,8B02,8A15,8B15 と、２枚の櫛歯状１／２波長板804,813 と、８連の光位相制御回路アレイ（詳細後述）を用いたものである。
【０１０５】
言い換えれば、本実施例の光減衰器アレイは、第１の偏波制御回路アレイ（8A02,8B02,804)と、第１の光結合回路アレイ（8A06a,8A06b,8B06a,8B06b)と、光位相制御回路アレイと、第２の光結合回路アレイ（8A11a,8A11b,8B11a,8B11b)と、第２の偏波制御回路アレイ（813,8A15,8B15)とを順次接続してなる、光減衰器を２つ上下並列に並べた２連光減衰器アレイである。
【０１０６】
従って、本実施例の光減衰器アレイは図７に示した光スイッチアレイと基本的に類似の構成であるが、第１の偏波制御回路アレイにおける偏波合分波回路8A02,8B02 の個数が第１の光結合回路アレイにおける方向性結合回路8A06a,8A06b,8B06a,8B06b の個数より少ない点と、第２の偏波制御回路アレイにおける偏波合分波回路8A15,8B15 の個数が第２の光結合回路アレイにおける方向性結合回路8A11a,8A11b,8B11a,8B11b の個数より少ない点が、図７に示した光スイッチアレイと相違する。
【０１０７】
本実施例では、２連光減衰器アレイの基板にLiNbO3のＺカットを用いている。また、入力光導波路8A01,8B01 や出力光導波路8A16,8B16 、他の光導波路8A03a,8A03b,8B03a,8B03b,8A05a,8A05b,8B05a,8B05b,8A07a,8A07b,8B07a,8B07b,8A10a,8A10b,8B10a,8B10b,8A12a,8A12b,8B12a,8B12b,8A14a,8A14b,8B14a,8B14b として、Ti拡散光導波路を用いている。
【０１０８】
本実施例の光位相制御回路アレイは、位相シフト回路として、図５、図７と同様、信号電極配線8A09a,8A09b,8A09c,8A09d,8B09a,8B09b,8B09c,8B09d 及びグランド電極配線8A08a,8A08b,8A08c,8A08d,8B08a,8B08b,8B08c,8B08d を装荷している。
【０１０９】
また、方向性結合回路8A06a,8A11a とその間の光導波路8A07a,8A10a,8A07b,8A10b および信号電極8A09a,8A09b との組み合わせ、方向性結合回路8A06b,8A11b とその間の光導波路8A07c,8A10d,8A07c,8A10d および信号電極8A09c,8A09d との組み合わせ、方向性結合回路8B06a,8B11a とその間の光導波路8B07a,8B10a,8B07b,8B10b および信号電極8B09a,8B09b との組み合わせ、方向性結合回路8B06b,8B11b とその間の光導波路8B07c,8B10c,8B07d,8B10d および信号電極8B09c,8B09d との組み合わせはそれぞれ、電気光学効果を用いたマッハツェンダー干渉計光スイッチとして動作する。
【０１１０】
光位相制御回路アレイは図７と同様の構成であり、第１の方向性結合回路アレイ(8A06a,8A06b,8B06a,8B06b) と第２の方向性結合回路アレイ(8A11a,8A11b,8B11a,8B11b) 間を接続する各光導波路8A07a,8A07b,8A07c,8A07d,8B07a,8B07b,8B07c,8B07d が、その上部に、位相制御を行うための電気信号を導波する信号電極8A09a,8A09b,8A09c,8A09d,8B09a,8B09b,8B09c,8B09d を装荷しており、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極8A08a,8A08b,8A08c,8A08d,8B08a,8B08b,8B08c,8B08d は各信号電極の脇に装荷されている。
【０１１１】
第１の偏波制御回路アレイは、２個の偏波合分波回路8A02,8B02 と第１の光結合回路アレイ(8A06a,8A06b,8B06a,8B06b) との間ににて、偏波合分波回路8A02,8B02 の出力光導波路に櫛歯状１／２波長板804 を挿入することで、構成している。この櫛歯状１／２波長板804 は、偏波合分波回路の４本の出力光導波路8A03a,8A03b,8B03a,8B03b のうち、１本おきに、出力光導波路8A03b,8B03b に挿入されている。櫛歯状１／２波長板804 は偏波合分波回路8A02,8B02 で分波された直交する２つの偏波（例えばＴＭ偏波とＴＥ偏波）を、同一の偏波例えばＴＭ偏波に変換するものとする。
【０１１２】
第２の偏波制御回路アレイは、第２の光結合回路アレイ(8A11a,8A11b,8B11a,8B11b) と２個の偏波合分波回路8A15,8B15 との間にで、偏波合分波回路8A15,8B15 の入力光導波路に櫛歯状１／２波長板813 を挿入することで、構成している。この櫛歯状１／２波長板813 は、偏波合分波回路の４本の入力光導波路8A14a,8A14b,8B14a,8B14b のうち、１本おきに、入力光導波路8A14a,8B14a に挿入されている。櫛歯状１／２波長板813 は第１側の偏波制御回路アレイで変換されていない方のＴＭ偏波を全てＴＥ偏波に変換するものとしている。
【０１１３】
櫛歯状１／２波長板804,813 はそれぞれ、４本全ての光導波路を分断して作製した溝に、光学主軸を基板（光導波路）に対し４５度傾けて、挿入されている。溝のうち櫛歯状１／２波長板804,813 が挿入されていない部分（白抜き部分）は、損失低減のために光導波路とほぼ同等の屈折率を持つ接着剤で埋めてある。但し、損失が小さい場合は、溝が開いたままでも良い。また、櫛歯状１／２波長板804,813 が挿入される光導波路8A03b,8B03b,8A14a,8B14a のみに溝を作製しても良い。
【０１１４】
図８に示した光減衰器アレイおける光信号の流れは、第４の実施例と同様である。例えば、入力光導波路8A01に入力した光を偏波合分波回路8A02でＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路8A03b に光学主軸を４５度傾けた櫛歯状１／２波長板804 が挿入されており、ＴＥ偏波からＴＭ偏波へ変換する。偏波合分波回路8A02で分離されたＴＭ偏波を方向性結合器8A06a で光導波路8A07a,8A07b に等分配し、櫛歯状１／２波長板804 でＴＥ偏波から変換されたＴＭ偏波を方向性結合器8A06b で光導波路8A07c,8A07d に等分配する。これら４本の光導波路8A07a,8A07b,8A07c,8A07d は、上部に電気配線を装荷していて位相を変化させることが可能な光位相制御回路となっている。この光位相制御回路を導波した光は、光導波路8A10a,8A10b,8A10c,8A10d を導波し、方向性結合器8A11a,8A11b でそれぞれ合波する。その際、光導波路8A10a,8A10b もしくは光導波路8A10c,8A10d を導波する光間に、半波長分の位相差が与えられた場合は、方向性結合回路8A11a,8A11b から光導波路8A12a もしくは光導波路8A12b へ伝搬し、位相差が与えられない場合は、光導波路8A12a もしくは光導波路8A12b へ伝搬しない。そして、光導波路8A12a には光学主軸を４５度傾けた櫛歯状１／２波長板813 が挿入されており、伝搬するＴＭ偏波をＴＥ偏波へ変換する。この櫛歯状１／２波長板813 で偏波変換された（ＴＥ偏波）と偏波変換されない光（ＴＭ偏波）とを偏波合分波回路8A15で偏波合成し、出力光導波路8A16へ伝搬する。従って、光位相制御回路アレイ（8A07a,8A07b,8A07c,8A07d)で所望の位相差を与えることで、出力光導波路8A16から出射する光を消光することができる。入力光導波路8B01に光が入力した場合も同様に、光位相制御回路アレイ（8B07a,8B07b,8B07c,8B07d)で所望の位相差を与えることで、出力光導波路8B16から出射する光を消光することができる。そして、光位相制御回路アレイ（8A07a,8A07b,8A07c,8A07d,8B07a,8B07b,8B07c,8B07d)で与える位相差を調整することで、出力光導波路8A16,8B16 から出射する光を所望の光強度に設定することができ、光減衰器アレイが実現する。
【０１１５】
光減衰器アレイは光強度設定の仕方によって、光強度の変調やオンオフ等の光強度制御を実現できる。
【０１１６】
光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法は、図６を参照して説明したものと同様である。
【０１１７】
また、偏波無依存化の機構は、第４実施例と同様である。まず、光を偏波合分波回路によって第１のＴＥ偏波と第１のＴＭ偏波に分離し、第１のＴＥ偏波を１／２波長板を用いて第２のＴＭ偏波へ変換する。第１のＴＭ偏波と第２のＴＭ偏波を個別に、電気光学効果を用いた第１、第２のマッハツェンダー干渉計スイッチによってスイッチングする。このとき、入射光が同一で単一な偏波（ＴＭ偏波）であるため、位相制御回路に所望の電気信号を与えることで、第１のマッハツェンダー干渉計スイッチと第２のマッハツェンダー干渉計スイッチは同様に動作する。そして、第１、第２のマッハツェンダー干渉計スイッチのうち、一方の出力光を第２のＴＥ偏波に変換し、偏波合分波回路で他方の出力光（第２のＴＭ偏波）と合成することで、偏波無依存な光減衰特性が得られる。
【０１１８】
第１、第２の偏波制御回路アレイにて櫛歯状１／２波長板804,813 を用いることによる効果は、第４実施例と同様であり、交差導波路を削減でき、交差導波路に起因した過剰損失の増大を解消でき、交差損失の光経路依存性を解消でき、回路サイズの縮小が可能となる。
【０１１９】
なお、本実施例では２連光減衰器アレイを説明したが、同様の構成の光減衰器単体もしくは３連以上の光減衰器アレイにおいても、同様の効果が得られる。また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光スイッチが実現する。このような熱光学型光スイッチにおいても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状１／２波長板を用いた構成の熱光学型光スイッチアレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。熱光学型光スイッチアレイの場合、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【０１２０】
本実施例の特徴は、光減衰器として用いることで、２×２光スイッチに比べて、それらを構成する回路数、特に偏波合分波回路の個数を削減できる点にある。即ち、下記(1)(2)等のメリットがある。
(1) 第３実施例や第４実施例の２×２光スイッチに比べ、回路数が少ないので、歩留良く光回路を作製できる。
(2) 第４実施例の２×２光スイッチに比べ、交差導波路が少ないので、より低損失な光回路を提供できる。
【０１２１】
［第６の実施例］
次に、本発明の第６の実施例として、偏波無依存光変調器アレイを説明する。本実施例の偏波無依存光変調器アレイは２連であり、その構成図は図５と同様である。また、この２連偏波無依存光変調器アレイの回路構成、光信号の流れ、偏波無依存の機構は、図５を参照して説明した第３実施例と同様であり、説明は省略する。
【０１２２】
本実施例の偏波無依存光変調器アレイの特徴は、図５中の線分Ｂ１−Ｂ２と線分Ｂ３−Ｂ４において分割される３個の光回路群１５、１６、１７が、異種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製されている点である。
【０１２３】
第１の光回路群１５は第１の光結合回路アレイ（5A02,5B02)と、第１の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b および櫛歯状１／２波長板507)とを含み、第１の光結合回路アレイと第１の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第１の光回路群１５には、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【０１２４】
第２の光回路群１６は光位相制御回路アレイであり、第１の光回路群１５の出力光導波路5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d に接続される入出力光導波路(5A08a,5A09a),(5A08b,5A09b),(5A08c,5A09c),(5A08d,5A09d),(5B08a,5B09a),(5B08b,5B09b),(5B08c,5B09c),(5B08d,5B09d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(5A11a,5A11b,5A11c,5A11d,5B11a,5B11b,5B11c,5B11d) とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群１５の出力光導波路と同数である。この第２の光回路群１６には、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１２５】
第３の光回路群１７は第２の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b および櫛歯状１／２波長板512 ）と、第２の光結合回路アレイ（5A17,5B17)とを含み、第２の偏波制御回路アレイと第２の光結合回路アレイは順に接続されている。この第３の光回路群１７には、第１の光回路群１５と同様、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【０１２６】
ここで、光導波路に関して詳細に述べ、基板接続の際の損失について説明する。
▲１▼石英系光導波路は、コアが方形でクラッド中に埋め込まれており、コアとクラッドとの比屈折率差が０．７５％で、スポットサイズが半径３．６μｍの光導波路を用いている。
▲２▼一方、LiNbO3基板上のTi拡散光導波路は、スポットサイズが半径３．６μｍのものを用いている。
▲３▼このように、Ti拡散光導波路は石英系光導波路のスポットサイズに非常に近いため、低損失で結合が可能である。
▲４▼また、基板同士を端面で突き合わせて一括接続するため、結合損失に対する位置ずれトレランスも大きい。
▲５▼そこで、端面にＡＲコートを施してフレネル反射を除去した後、端面結合したところ、結合損失として平均０．２dBという極めて低損失な値が得られ、損失バラツキも０．１dB以内に収まった。
【０１２７】
この端面接続の方法は、信頼性も含めて十分な実績があるＰＬＣ基板と光ファイバアレイとを接続する方法と技術的に等しいため、同じく十分な信頼性を有すると予想される。
【０１２８】
次に、櫛歯状１／２波長板507,512 を偏波制御回路アレイに用いることによる効果を以下に示す。
【０１２９】
なお、櫛歯状１／２波長板の効果を説明するために、図１１に、櫛歯状１／２波長板の代わりに通常の１／２波長板を用いて同様の２連光変調器アレイを作製した場合の構成を示す。
【０１３０】
図１１中の符号で、 1101a-1101dは入力光導波路、 1102a-1102bと1109a-1109b は方向性結合回路（三角マーク）、 1103a-1103dと1108a-1108d は偏波合分波回路（楕円マーク）、1104と1107は通常の１／２波長板、1105は信号電極、1106はグランド電極、 1110a-1110dは出力光導波路、1111は交差導波路（丸マーク）を表す。簡単のため、他の光導波路の符号は省略する。また、経路Ａ、Ｂは最上段の２個の偏波合分波回路1103a,1108a 間の２つの光経路であり、経路Ａは交差導波路が存在せず、経路Ｂは途中に交差導波路1111が存在するものを表す。
【０１３１】
図１１に示すように、櫛歯状でない従来の１／２波長板1104,1107 を用いて偏波無依存光変調器アレイを作製しようとした場合、１／２波長板1104,1107 を挿入する光導波路と挿入しない光導波路とをまとめる必要から、交差導波路1111が必須なものとなっていた。例えば、本実施例のような石英系光導波路を用いても、交差角４０度の交差導波路1111を作製した場合、１ポイント当たり０．２dBの交差損失が生じる。なお、交差角４０度というのは、交差損失が最小となる値を示す。従って、通常の１／２波長板1104,1107 を用いて本実施例と同様の２連光変調器アレイを構成した場合、図１１に示す通り、多数の交差導波路1110が必要となり、最大１．２dBもの交差損失が発生する。
【０１３２】
一方、本実施例においては、基板接続による過剰損失（両端で０．４dB）は増加するものの、櫛歯状の１／２波長板507,512(図５参照）を用いているので交差損失がないため、過剰損失を十分抑えることが可能になった。
【０１３３】
また、櫛歯状の１／２波長板507,512 を用いているので、光導波路の引き回しによる交差導波路を除去できるため、交差損失の光経路依存性を解消できる。
【０１３４】
通常の１／２波長板を用いた場合、図１１に示すように、経路Ａと経路Ｂでは交差導波路1111による過剰損失が大きく異なる。経路Ａでは過剰損失０dB、経路Ｂでは過剰損失１，２dBとなる。そして、この経路間の過剰損失の不整合によって、前段の方向性結合回路1102a-1102b によって分岐比５０％に等分配したとしても、結果的に分岐比が大きくずれることになってしまい、光変調器としての消光比の劣化を引き起こす。
【０１３５】
しかし、本実施例のような櫛歯状の１／２波長板507,512 を用いた構成とすることで、交差導波路による過剰損失（交差損失）が除去されるため、交差損失の光経路依存性も解消される。従って、交差損失の光経路依存性による光変調器の特性劣化を抑制することが可能となった。
【０１３６】
更に、光導波路の引き回しが必要なくなり、回路サイズの縮小が可能となる。例えば、本実施例においては、通常の１／２波長板を用いた従来の構成よりも、回路長を１ｍｍ程度削減することができた。
【０１３７】
なお、本実施例では２連光変調器アレイを説明したが、同様の構成の光変調器単体もしくは３連以上の光変調器アレイにおいても、同様の効果が得られる。また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光変調器が実現する。しかし、このような熱光学型光変調器においても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状１／２波長板を用いた構成の熱光学型光変調器アレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。熱光学型光変調器アレイの場合、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【０１３８】
本実施例では第１の光結合回路アレイおよび第１の偏波制御回路アレイを含む第１の光回路群１５にシリコン基板とその上に形成された石英系光導波路を用い、光位相制御回路アレイを含む第２の光回路群１６にＺカットLiNbO3基板とその上に形成されたTi拡散光導波路を用い、第２の偏波制御回路アレイおよび第１の光結合回路アレイを含む第３の光回路群１７にシリコン基板とその上に形成された石英系光導波路を用いていることから、下記(1) 〜(3) 等の利点がある。
(1) LiNbO3基板上のTi拡散光導波路に比べ、シリコン基板上の石英系光導波路の方がはるかに溝加工（櫛歯状１／２波長板507,512 挿入用）が容易であり、偏波無依存光変調器アレイ作製の簡易化を図ることができる。
(2) 外部とのファイバ接続を行う必要がある第１、第３の光回路群１５、１７は石英系光導波路で作製されているため、低損失で、信頼性が高い接続が可能である。その理由は、石英系光導波路は通常用いられている光ファイバと同種の材料であるため相性が良く、また、モードフィールド径も光ファイバとほぼ同じであるため、低損失、高信頼性を有しているからである。
(3) 石英系光導波路はＡＷＧのような低損失で大規模な回路が作製可能である。従って、第１、第３の光回路群１５、１７とＡＷＧとを同一基板上に作製することで、波長セレクタやＯＡＤＭのような高機能化が実現できる。
【０１３９】
［図７、図８への応用］
第６の実施例を図７に示した偏波無依存光スイッチアレイ、または、図８に示した偏波無依存光減衰器アレイに適用することができる。
【０１４０】
図７の偏波無依存光スイッチアレイに適用する場合は、図７中の線分Ｃ１−Ｃ２と線分Ｃ３−Ｃ４において分割される３個の光回路群１８、１９、２０が、異種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製される。
【０１４１】
具体的には、第１の光回路群１８は第１の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b および櫛歯状１／２波長板704)と、第１の光結合回路アレイ（7A06a,7A06b,7B06a,7B06b)とを含み、第１の偏波制御回路アレイと第１の光結合回路アレイは順に接続されている。この第１の光回路群１８には、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【０１４２】
第２の光回路群１９は光位相制御回路アレイであり、第１の光回路群１８の出力光導波路に接続される入出力光導波路(7A07a,7A10a),(7A07b,7A10b),(7A07c,7A10c),(7A07d,7A10d),(7B07a,7B10a),(7B07b,7B10b),(7B07c,7B10c),(7B07d,7B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(7A09a,7A09b,7A09c,7A09d,7B09a,7B09b,7B09c,7B09d) とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群１８の出力光導波路と同数である。この第２の光回路群１９には、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１４３】
第３の光回路群２０は第２の光結合回路アレイ（7A11a,7A11b,7B11a,7B11b)と、第２の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路7A15a,7A15b,7B15a,7B15b および櫛歯状１／２波長板713 ）とを含み、第２の光結合回路アレイと第２の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第３の光回路群２０には、第１の光回路群１８と同様、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【０１４４】
図８の偏波無依存光減衰器アレイに適用する場合は、図８中の線分Ｄ１−Ｄ２と線分Ｄ３−Ｄ４において分割される３個の光回路群２１、２２、２３が、異種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製される。
【０１４５】
具体的には、第１の光回路群２１は第１の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路8A02,8B02 および櫛歯状１／２波長板804)と、第１の光結合回路アレイ（8A06a,8A06b,8B06a,8B06b)とを含み、第１の偏波制御回路アレイと第１の光結合回路アレイは順に接続されている。この第１の光回路群２１には、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【０１４６】
第２の光回路群２２は光位相制御回路アレイであり、第１の光回路群２１の出力光導波路に接続される入出力光導波路(8A07a,8A10a),(8A07b,8A10b),(8A07c,8A10c),(8A07d,8A10d),(8B07a,8B10a),(8B07b,8B10b),(8B07c,8B10c),(8B07d,8B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(8A09a,8A09b,8A09c,8A09d,8B09a,8B09b,8B09c,8B09d) とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群２１の出力光導波路と同数である。この第２の光回路群２２には、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１４７】
第３の光回路群２４は第２の光結合回路アレイ（8A11a,8A11b,8B11a,8B11b)と、第２の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路8A15,7B15 および櫛歯状１／２波長板813 ）とを含み、第２の光結合回路アレイと第２の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第３の光回路群２４には、第１の光回路群２１と同様、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【０１４８】
これら個別に作製した第１の光回路群１８と第２の光回路群１９と第３の光回路群２０に端面接続を行って図７の偏波無依存光スイッチアレイを作製しても、また、個別に作製した第１の光回路群２１と第２の光回路群２２と第３の光回路群２３に端面接続を行って図８の偏波無依存光減衰器アレイを作製しても、本実施例の説明から分かるように、十分小さな損失で接続が可能であるため、櫛歯状１／２波長板を用いる効果が十分期待でき、有効である。
【０１４９】
［第７の実施例］
次に、本発明の第７の実施例として、偏波無依存光スイッチアレイを説明する。本実施例の偏波無依存光スイッチアレイは２連であり、その構成図は図５と同様である。また、この２連偏波無依存光スイッチアレイの回路構成、光信号の流れ、偏波無依存の機構は、図５を参照して説明した第３実施例と同様であり、説明は省略する。
【０１５０】
本実施例の偏波無依存光変調器アレイの特徴は、図５中の線分Ｂ１−Ｂ２と線分Ｂ３−Ｂ４において分割される３個の光回路群１５、１６、１７が、同種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製されている点である。
【０１５１】
第１の光回路群１５は第１の光結合回路アレイ（5A02,5B02)と、第１の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b および櫛歯状１／２波長板507)とを含み、第１の光結合回路アレイと第１の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第１の光回路群１５には、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１５２】
第２の光回路群１６は光位相制御回路アレイであり、第１の光回路群１５の出力光導波路5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d に接続される入出力光導波路(5A08a,5A09a),(5A08b,5A09b),(5A08c,5A09c),(5A08d,5A09d),(5B08a,5B09a),(5B08b,5B09b),(5B08c,5B09c),(5B08d,5B09d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(5A11a,5A11b,5A11c,5A11d,5B11a,5B11b,5B11c,5B11d) とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群１５の出力光導波路と同数である。この第２の光回路群１６には、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１５３】
第３の光回路群１７は第２の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b および櫛歯状１／２波長板512 ）と、第２の光結合回路アレイ（5A17,5B17)とを含み、第２の偏波制御回路アレイと第２の光結合回路アレイは順に接続されている。この第３の光回路群１７には、第１、第２の光回路群１５、１６と同様、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１５４】
ここで、光導波路に関して詳細に述べ、基板接続の際の損失について説明する。
▲１▼LiNbO3基板上のTi拡散光導波路は、スポットサイズが半径３．６μｍのものを用いている。
▲２▼端面にＡＲコートを施してフレネル反射を除去した後、端面結合したところ、結合損失として平均０．１dBという極めて低損失な値が得られ、損失バラツキも０．１dB以内に収まった。
▲３▼基板同士を端面で突き合わせて一括接続するため、結合損失に対する位置ずれトレランスも大きい。
【０１５５】
この端面接続の方法は、信頼性も含めて十分な実績があるＰＬＣ基板と光ファイバアレイとを接続する方法と技術的に等しいため、同じく十分な信頼性を有すると予想される。
【０１５６】
次に、櫛歯状１／２波長板507,512 を偏波制御回路アレイに用いることによる効果を、図１１の光回路と比較して、以下に示す。
(1) 図１１に示すように、櫛歯状でない従来の１／２波長板1104,1107 を用いて偏波無依存光スイッチアレイを作製しようとした場合、１／２波長板1104,1107 を挿入する光導波路と挿入しない光導波路とをまとめる必要から、交差導波路1111が必須なものとなっていた。例えば、本実施例のようなLiNbO3基板上のTi拡散光導波路を用いても、交差角４０度の交差導波路1111を作製した場合、１ポイント当たり０．２dBの交差損失が生じる。従って、通常の１／２波長板1104,1107 を用いて本実施例と同様の２連光スイッチアレイを構成した場合、図１１に示す通り、多数の交差導波路1110が必要となり、最大１．２dBもの交差損失が発生する。
(2) 一方、本実施例においては、基板接続による過剰損失（両端で０．４dB）は増加するものの、櫛歯状の１／２波長板507,512(図５参照）を用いているので交差損失がないため、過剰損失を十分抑えることが可能になった。
(3) また、櫛歯状の１／２波長板507,512 を用いたので、光導波路の引き回しによる交差導波路を除去できるため、交差損失の光経路依存性を解消できる。
(4) 通常の１／２波長板を用いた場合、図１１に示すように、経路Ａと経路Ｂでは交差導波路1111による過剰損失が大きく異なる。経路Ａでは過剰損失０dB、経路Ｂでは過剰損失１，２dBとなる。そして、この経路間の過剰損失の不整合によって、前段の方向性結合回路1102a-1102b によって分岐比５０％に等分配したとしても、結果的に分岐比が大きくずれることになってしまい、光スイッチとしての消光比の劣化を引き起こす。
(5) しかし、本実施例のような櫛歯状の１／２波長板507,512 を用いた構成とすることで、交差導波路による過剰損失（交差損失）が除去されるため、交差損失の光経路依存性も解消される。従って、交差損失の光経路依存性による光スイッチの特性劣化を抑制することが可能となった。
(6) 更に、光導波路の引き回しが必要なくなり、回路サイズの縮小が可能となる。例えば、本実施例においては、通常の１／２波長板を用いた従来の構成よりも、回路長を１ｍｍ程度削減することができた。
【０１５７】
なお、本実施例では２連光スイッチアレイを説明したが、同様の構成の光スイッチ単体もしくは３連以上の光スイッチアレイにおいても、同様の効果が得られる。また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光スイッチが実現する。しかし、このような熱光学型光スイッチにおいても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状１／２波長板を用いた構成の熱光学型光スイッチアレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。熱光学型光スイッチアレイの場合、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【０１５８】
本実施例では第１の光結合回路アレイおよび第１の偏波制御回路アレイを含む第１の光回路群１５、光位相制御回路アレイを含む第２の光回路群１６、第２の偏波制御回路アレイおよび第１の光結合回路アレイを含む第３の光回路群１７ともに、ＺカットLiNbO3基板とその上に形成されたTi拡散光導波路を用いていることから、十分小さな損失で接続が可能であるため、櫛歯状１／２波長板を用いる効果が十分期待できる。また、光回路群１５、１６、１７を個別に作製した後に接続することにより、光スイッチアレイを歩留まり良く作製できる等の利点がある。
【０１５９】
［図７、図８への応用］
第８の実施例を図７に示した偏波無依存光スイッチアレイ、または、図８に示した偏波無依存光減衰器アレイに適用することができる。
【０１６０】
図７の偏波無依存光スイッチアレイに適用する場合は、図７中の線分Ｃ１−Ｃ２と線分Ｃ３−Ｃ４において分割される３個の光回路群１８、１９、２０が、同種の異なる基板上に個別に作製した後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製される。
【０１６１】
具体的には、第１の光回路群１８は第１の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b および櫛歯状１／２波長板704)と、第１の光結合回路アレイ（7A06a,7A06b,7B06a,7B06b)とを含み、第１の偏波制御回路アレイと第１の光結合回路アレイは順に接続されている。この第１の光回路群１８には、ＺカットLiNbO3基板とその上に形成されたTi拡散光導波路を用いている。
【０１６２】
第２の光回路群１９は光位相制御回路アレイであり、第１の光回路群１８の出力光導波路に接続される入出力光導波路(7A07a,7A10a),(7A07b,7A10b),(7A07c,7A10c),(7A07d,7A10d),(7B07a,7B10a),(7B07b,7B10b),(7B07c,7B10c),(7B07d,7B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(7A09a,7A09b,7A09c,7A09d,7B09a,7B09b,7B09c,7B09d) とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群１８の出力光導波路と同数である。この第２の光回路群１９には、第１の光回路群１８と同様、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１６３】
第３の光回路群２０は第２の光結合回路アレイ（7A11a,7A11b,7B11a,7B11b)と、第２の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路7A15a,7A15b,7B15a,7B15b および櫛歯状１／２波長板713 ）とを含み、第２の光結合回路アレイと第２の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第３の光回路群２０には、第１、第２の光回路群１８、１０と同様、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１６４】
図８の偏波無依存光減衰器アレイに適用する場合は、図８中の線分Ｄ１−Ｄ２と線分Ｄ３−Ｄ４において分割される３個の光回路群２１、２２、２３が、同種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製される。
【０１６５】
具体的には、第１の光回路群２１は第１の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路8A02,8B02 および櫛歯状１／２波長板804)と、第１の光結合回路アレイ（8A06a,8A06b,8B06a,8B06b)とを含み、第１の偏波制御回路アレイと第１の光結合回路アレイは順に接続されている。この第１の光回路群２１には、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１６６】
第２の光回路群２２は光位相制御回路アレイであり、第１の光回路群２１の出力光導波路に接続される入出力光導波路(8A07a,8A10a),(8A07b,8A10b),(8A07c,8A10c),(8A07d,8A10d),(8B07a,8B10a),(8B07b,8B10b),(8B07c,8B10c),(8B07d,8B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(8A09a,8A09b,8A09c,8A09d,8B09a,8B09b,8B09c,8B09d) とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群２１の出力光導波路と同数である。この第２の光回路群２２には、第１の光回路群２１と同様、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１６７】
第３の光回路群２４は第２の光結合回路アレイ（8A11a,8A11b,8B11a,8B11b)と、第２の偏波制御回路アレイ（偏波合分波回路8A15,7B15 および櫛歯状１／２波長板813 ）とを含み、第２の光結合回路アレイと第２の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第３の光回路群２４には、第１、第２の光回路群２１、２２と同様、ＺカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１６８】
これら個別に作製した第１の光回路群１８と第２の光回路群１９と第３の光回路群２０に端面接続を行って図７の偏波無依存光スイッチアレイを作製しても、また、個別に作製した第１の光回路群２１と第２の光回路群２２と第３の光回路群２３に端面接続を行って図８の偏波無依存光減衰器アレイを作製しても、本実施例の説明から分かるように、光スイッチアレイを歩留まり良く作製できるという利点がある。また、十分小さな損失で接続が可能であるため、櫛歯状１／２波長板を用いる効果が十分期待でき、有効である。
【０１６９】
［第８の実施例］
図９に、本発明の第８の実施例として、偏波無依存光減衰器アレイの構成を示す。本実施例の光減衰器アレイは、図５を参照して説明した第６の実施例の偏波無依存光回路（光変調器アレイ）から、第３の光回路群１７を削除し、その代わりに、第２の光回路群１６の出力側に反射面を備えたものに相当する。
【０１７０】
即ち、本実施例の光減衰器アレイは、２個の方向性結合回路（光結合回路）9A02,9B02 と、４個の偏波合分波回路9A05a,9A05b,9B05a,9B05b と、１枚の櫛歯状１／２波長板907 と、８連の光位相制御回路アレイ（詳細後述）と、反射面912 を用い、これらを順次接続した光減衰器を２つ並列に並べた２連の偏波無依存光減衰器アレイである。櫛歯状１／２波長板907 は偏波合分波回路9A05a,9A05b,9B05a,9B05b と光位相制御回路アレイとの間で、１本おきの光導波路9A06b,9A06d,9B06b,9B06d に挿入される。
【０１７１】
２個の方向性結合回路（光結合回路）9A02,9B02 が第１の光結合回路アレイを構成し、４個の偏波合分波回路9A05a,9A05b,9B05a,9B05b と１枚の櫛歯状１／２波長板907 が第１の偏波制御回路アレイを構成し、これら第１の光結合回路アレイと第１の偏波制御回路アレイとが第１の光回路群２４を構成している。第２の光回路群２５は光位相制御回路アレイである。
【０１７２】
第１の光回路群２４には、シリコン基板とその上に形成した石英系光導波路を用いている。つまり、第１の光結合回路アレイと第１の偏波制御回路アレイは同一のシリコン基板上に形成された石英系光導波路を用いて作製されている。
【０１７３】
第２の光回路群（光位相制御回路アレイ）２５には、電気光学効果の大きいＺカットLiNbO3基板とその上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１７４】
反射面912 には、１枚の誘電体多層膜フィルタ（１．５５μｍ帯全反射ミラー）を用いている。
【０１７５】
第１の光回路群２４と第２の光回路群２５は、異種の異なる基板（シリコン基板とＺカットLiNbO3基板）上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて接続して各光導波路同士を光結合することによって作製されている。
【０１７６】
反射面912 は、基板同士を端面接続の前もしくは後に、第２の光回路群２５の出力側（光導波路9A09a,9A09b,9A09c,9A09d,9B09a,9B09b,9B09c,9B09d の端面）に、全反射するように接着されている。
【０１７７】
第２の光回路群２５の光位相制御回路アレイについて説明すれば、第１の光回路群２４の出力光導波路9A06a,9A06b,9A06c,9A06d,9B06a,9B06b,9B06c,9B06d に接続される入出力光導波路(9A08a,9A09a),(9A08b,9A09b),(9A08c,9A09c),(9A08d,9A09d),(9B08a,9B09a),(9B08b,9B09b),(9B08c,9B09c),(9B08d,9B09d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群２４の出力光導波路と同数である。
【０１７８】
位相シフト回路としては、信号電極配線9A11a,9A11b,9A11c,9A11d,9B11a,9B11b,9B11c,9B11d 及びグランド電極配線9A10a,9A10b,9A10c,9A10d,9B10a,9B10b,9B10c,9B10d を装荷している。
【０１７９】
即ち、第２の光回路群２５中の各光導波路9A08a,9A08b,9A08c,9A08d,9B08a,9B08b,9B08c,9B08d が、その上部や上面等に装荷した信号電極9A11a,9A11b,9A11c,9A11d,9B11a,9B11b,9B11c,9B11d を導波する位相制御を行うための電気信号により、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極9A10a,9A10b,9A10c,9A10d,9B10a,9B10b,9B10c,9B10d は各信号電極の脇に装荷されている。
【０１８０】
光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法は、図６を参照して説明したものと同様である。
【０１８１】
ここで、図９に示した光減衰器アレイにおける光信号の流れと動作原理を説明する。例えば上段の光減衰器において、入力光導波路9A01a に入力した光を方向性結合回路9A02で光導波路9A03a,9A03b に等分配し、光導波路9A04a,9A04b に伝搬する。光導波路9A04a,9A04b を伝搬する光を偏波合分波回路9A05a,9A05b それぞれでＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路9A06b,9A06d には光学主軸を基板平面に対し４５度傾けた櫛歯状１／２波長板907 が挿入されており、ＴＥ偏波からＴＭ偏波へ変換する。位相制御を行うための光導波路9A08a-9A08d では、全てＴＭ偏波が伝搬する。これらのＴＭ偏波が光導波路9A08a-9A08d から光導波路9A09a-9A09d に伝搬する。光導波路9A09a-9A09d の端面には反射面912 が接着されており、伝搬してきた光（ＴＭ偏波）を全反射する。全反射した光は、前述した経路を逆にたどることになる。従って、光導波路9A08b,9A08d を戻る光は櫛歯状１／２波長板907 でＴＭ偏波からＴＥ偏波に変換され、それぞれ偏波合分波回路9A05a,9A05b で光導波路9A08a,9A08c を戻る光（ＴＭ偏波）と合成されて、偏波が復元する。ここで、反射面912 で折り返して光導波路9A08a,9A08c を導波する光、そして光導波路9A08b,9A08d を導波する光に、半波長分の位相差が与えられた場合は、元の入力光導波路9A01a が出力光導波路となり、方向性結合回路9A02から出力光導波路9A01a に光が伝搬する。位相差が与えられない場合は、方向性結合回路9A02から出力光導波路9A01b に光が伝搬する。即ち、光位相制御回路で所望の位相差を与えることで、光導波路9A01a から出射する光を消光することができる。更に、光位相制御回路で与える位相差を調整することで、光導波路9A01a から出射する光を所望の光強度に設定することができ、光減衰器として利用できる。
【０１８２】
下段の光減衰器においても同様であり、入力光導波路9B01a に入力した光を方向性結合回路9B02で光導波路9B03a,9B03b に等分配し、光導波路9B04a,9B04b に伝搬する。光導波路9B04a,9B04b を伝搬する光を偏波合分波回路9B05a,9B05b それぞれでＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路9B06b,9B06d には光学主軸を基板平面に対し４５度傾けた櫛歯状１／２波長板907 が挿入されており、ＴＥ偏波からＴＭ偏波へ変換する。位相制御を行うための光導波路9B08a-9B08d では、全てＴＭ偏波が伝搬する。これらのＴＭ偏波が光導波路9B08a-9B08d から光導波路9B09a-9B09d に伝搬する。光導波路9B09a-9B09d の端面には反射面912 が接着されており、伝搬してきた光（ＴＭ偏波）を全反射する。全反射した光は、前述した経路を逆にたどることになる。
【０１８３】
偏波無依存化の機構、櫛歯状１／２波長板907 を用いた効果は、第３、第６の実施例と同様である。
【０１８４】
ここで、本実施例では、過剰損失は、端面接続で０．４dB、反射における損失が０．５dB、回路損失が２．０dBで、合計２．９dBであった。櫛歯状１／２波長板を用いず、また、反射させない場合の過剰損失は、交差損失１．２dB（最大）、回路損失が２．０dBで、合計３．２dBである。従って、本実施例の光回路が損失の上でも有効であることが分かる。
【０１８５】
以上より、本実施例の偏波無依存光減衰器アレイには、下記(1) 〜(3) 等の利点がある。
(1) 光を反射させることにより、光減衰器を構成する回路数を大幅に削減することができる。
(2) 光が往復して光位相制御回路を２回通過するので、高効率な位相制御が可能となる。
(3) 第１の光回路群２４と第２の光回路群２５を個別の基板に作製した後、端面接続をすることによって、歩留まり良く光減衰器を作製することができる。
【０１８６】
なお、本実施例では、基板を個別に作製した後に端面接続をしているが、同一基板上に第１の光回路群２４と第２の光回路群２５を作製しても、櫛歯状１／２波長板907 を用いたことによる効果は、同様に期待できる。その場合、歩留まりは落ちるものの、端面接続による過剰損失を解消できるという利点がある。
【０１８７】
本実施例では２連光減衰器アレイを説明したが、同様の構成の光減衰器単体もしくは３連以上の光減衰器レイにおいても、同様の効果が得られる。
【０１８８】
また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。
【０１８９】
更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、光導波路に熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光減衰器が実現する。このような熱光学型光減衰器においても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状１／２波長板を用いた構成の熱光学型光減衰器アレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。なお、熱光学型光減衰器アレイの場合は、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路や、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【０１９０】
［第９の実施例］
図１０に、本発明の第９の実施例として、偏波無依存光減衰器アレイの構成を示す。本実施例の光減衰器アレイは、図８を参照して説明した第５の実施例の偏波無依存光回路（光減衰器アレイ）から、第３の光回路群２３を削除し、その代わりに、第２の光回路群２２の出力側に反射面を備えたものに相当する。
【０１９１】
即ち、本実施例の光減衰器アレイは、２個の偏波合分波回路10A02,10B02 と、４個の方向性結合回路（光結合回路）10A06a,10A06b,10B06a,10B06b と、１枚の櫛歯状１／２波長板1004と、８連の光位相制御回路アレイ（詳細後述）と、反射面1011を用い、これらを順次接続した光減衰器を２つ並列に並べた２連の偏波無依存光減衰器アレイである。櫛歯状１／２波長板1011は偏波合分波回路10A02,10B02 と方向性結合回路10A06a,10A06b,10B06a,10B06b との間で、１本おきの光導波路10A03b,10B03b に挿入される。
【０１９２】
２個の偏波合分波回路10A02,10B02 と１枚の櫛歯状１／２波長板1004が第１の偏波制御回路アレイを構成し、４個の方向性結合回路10A06a,10A06b,10B06a,10B06b が第１の光結合回路アレイを構成し、これら第１の偏波制御回路アレイと第１の光結合回路アレイとが第１の光回路群２６を構成している。第２の光回路群２７は光位相制御回路アレイである。
【０１９３】
第１の光回路群２６には、シリコン基板とその上に形成した石英系光導波路を用いている。つまり、第１の光結合回路アレイと第１の偏波制御回路アレイは同一のシリコン基板上に形成された石英系光導波路を用いて作製されている。
【０１９４】
第２の光回路群（光位相制御回路アレイ）２７には、電気光学効果の大きいＺカットLiNbO3基板とその上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【０１９５】
反射面1011には、１枚の誘電体多層膜フィルタ（１．５５μｍ帯全反射ミラー）を用いている。
【０１９６】
第１の光回路群２６と第２の光回路群２７は、異種の異なる基板（シリコン基板とＺカットLiNbO3基板）上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて接続して各光導波路同士を光結合することによって作製されている。
【０１９７】
反射面1011は、基板同士を端面接続の前もしくは後に、第２の光回路群２７の出力側（光導波路10A10a,10A10b,10A10c,10A10d,10B10a,10B10b,10B10c,10B10d の端面）に、全反射するように接着されている。
【０１９８】
第２の光回路群２７の光位相制御回路アレイについて説明すれば、第１の光回路群２６の出力光導波路に接続される入出力光導波路(10A07a,10A10a),(10A07b,10A10b),(10A07c,10A10c),(10A07d,10A10d),(10B07a,10B10a),(10B07b,10B10b),(10B07c,10B10c),(10B07d,10B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路とを含み、入出力光導波路は第１の光回路群２６の出力光導波路と同数である。
【０１９９】
位相シフト回路としては、信号電極配線10A09a,10A09b,10A09c,10A09d,10B09a,10B09b,10B09c,10B09d 及びグランド電極配線10A08a,10A08b,10A08c,10A08d,10B08a,10B08b,10B08c,10B08d を装荷している。
【０２００】
即ち、第２の光回路群２７中の各光導波路10A07a,10A07b,10A07c,10A07d,10B07a,10B07b,10B07c,10B07d が、その上部にや上面等に装荷した信号電極10A09a,10A09b,10A09c,10A09d,10B09a,10B09b,10B09c,10B09d を導波する位相制御を行うための電気信号により、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極10A08a,10A08b,10A08c,10A08d,10B08a,10B08b,10B08c,10B08d は各信号電極の脇に装荷されている。
【０２０１】
光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法は、図６を参照して説明したものと同様である。
【０２０２】
ここで、図１０に示した光減衰器アレイにおける光信号の流れと動作原理を説明する。例えば上段の光減衰器において、入力光導波路10A01 に入力した光を偏波合分波回路10A02 でＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路10A03bには光学主軸を基板平面に対し４５度傾けた櫛歯状１／２波長板1004が挿入されており、ＴＥ偏波からＴＭ偏波へ変換する。これらの光を方向性結合回路10A06a,10A06b でそれぞれ光導波路10A07a,10A07b と光導波路10A07c,10A07d に等分配する。これら４本の光導波路10A07a-10A07d は、上部等に電気配線を装荷しており、位相を変化させることが可能な光位相制御回路となっている。この光位相制御回路を導波した光（ＴＭ偏波）は、光導波路10A10a,10A10b,10A10c,10A07d を伝搬し、これらの光導波路10A10a-10A07d の端面に接着された反射面1011によって全反射する。全反射した光は、前述した経路を逆にたどることになる。光導波路10A07a,10A07b を戻る光は方向性結合回路10A06aで結合され、光導波路10A05a,10A03a を経て偏波合分波回路10A02 に戻る。光導波路10A07c,10A07d を戻る光は方向性結合回路10A06bで結合され、光導波路10A05b,10A03b を伝搬する際に、櫛歯状１／２波長板1004でＴＭ偏波からＴＥ偏波に変換され、偏波合分波回路10A02 に戻る。これらの光は偏波合分波回路10A02 で合成されて、元の偏波に復元する。ここで、反射面1011で折り返して光導波路10A07a,10A07b を導波する光、そして光導波路10A07c,10A07d を導波する光に、半波長分の位相差が与えられた場合は、元の入力光導波路10A01 が出力光導波路となり、偏波合分波回路10A02 から出力光導波路10A01 に１００％の光が導波する。位相差が与えられない場合は、偏波合分波回路10A02 から出力光導波路10A01 に光が導波しない。即ち、光位相制御回路で所望の位相差を与えることで、光導波路10A01 から出射する光を消光することができる。更に、光位相制御回路で与える位相差を調整することで、光導波路10A01 から出射する光を所望の光強度に設定することができ、光減衰器として利用できる。
【０２０３】
下段の光減衰器においても同様であり、入力光導波路10B01 に入力した光を偏波合分波回路10B02 でＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する。ＴＥ偏波の光が伝搬する光導波路10B03bには光学主軸を基板平面に対し４５度傾けた櫛歯状１／２波長板1004が挿入されており、ＴＥ偏波からＴＭ偏波へ変換する。これらの光を方向性結合回路10B06a,10B06b でそれぞれ光導波路10B07a,10B07b と光導波路10B07c,10B07d に等分配する。これら４本の光導波路10B07a-10B07d は、上部等に電気配線を装荷しており、位相を変化させることが可能な光位相制御回路となっている。この光位相制御回路を導波した光（ＴＭ偏波）は、光導波路10B10a,10B10b,10B10c,10B07d を伝搬し、これらの光導波路10B10a-10B07d の端面に接着された反射面1011によって全反射する。全反射した光は、前述した経路を逆にたどることになる。
【０２０４】
偏波無依存化の機構は、第４、第５の実施例と同様である。また、櫛歯状１／２波長板1004を用いた効果は、第４、第５の実施例と同様であり、交差導波路による光経路依存性の解消、回路サイズの低減等がある。
【０２０５】
以上より、本実施例の偏波無依存光減衰器アレイには、下記(1) 〜(3) 等の利点がある。
(1) 光を反射させることにより、光減衰器を構成する回路数を大幅に削減することができる。
(2) 光が往復して光位相制御回路を２回通過するので、高効率な位相制御が可能となる。
(3) 第１の光回路群２６と第２の光回路群２７を個別の基板に作製した後、端面接続をすることによって、歩留まり良く光減衰器を作製することができる。
【０２０６】
なお、本実施例では、基板を個別に作製した後に端面接続をしているが、同一基板上に第１の光回路群２６と第２の光回路群２７を作製しても、櫛歯状１／２波長板1004を用いたことによる効果は、同様に期待できる。その場合、歩留まりは落ちるものの。端面接続による過剰損失を解消できるという利点がある。
【０２０７】
本実施例では２連光減衰器アレイを説明したが、同様の構成の光減衰器単体もしくは３連以上の光減衰器レイにおいても、同様の効果が得られる。
【０２０８】
また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。
【０２０９】
更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、光導波路に熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光減衰器が実現する。このような熱光学型光減衰器においても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状１／２波長板を用いた構成の熱光学型光減衰器アレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。なお、熱光学型光減衰器アレイの場合は、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路や、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【０２１０】
【発明の効果】
以上の説明から判るように、本発明の偏波制御回路アレイおよびそれを用いた光回路によれば、櫛歯状１／２波長板で偏波変換を行うことから、交差導波路を削減することができるので、交差導波路によって生じる過剰損失（交差損失）を低減することができる。また、交差導波路によって生じる交差損失の光経路依存性を解消することができる。更に、光導波路の引き回しが必要なくなり、回路サイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例としての偏波制御回路アレイの構成図。
【図２】図１における櫛歯状１／２波長板の挿入部分を拡大して示す図。
【図３】本発明の第２の実施例としての導波路型光増幅器アレイの構成図。
【図４】図３における半導体光増幅器（ＳＯＡ）をハイブリッド集積したＰＬＣ実装基板を示す図。
【図５】本発明の第３、第６、第７の実施例としての偏波無依存光スイッチアレイの構成を示す図。
【図６】図５の線分Ａ１−Ａ２の断面図。
【図７】本発明の第４の実施例としての偏波無依存光スイッチアレイの構成図。
【図８】本発明の第５の実施例としての偏波無依存光減衰器アレイの構成図。
【図９】本発明の第８の実施例としての偏波無依存光減衰器アレイの構成図。
【図１０】本発明の第９の実施例としての偏波無依存光減衰器アレイの構成図。
【図１１】第７の実施例に関連し、従来の１／２波長板を用いた場合の交差損失の光経路依存性を示す図。
【図１２】従来の偏波無依存光変調器の構成図。
【図１３】従来の偏波無依存光変調器をアレイ化した場合の構成図。
【図１４】図１３における交差損失の光経路依存性を説明する図。
【符号の説明】
１、１４ 櫛歯状１／２波長板挿入用の溝
２、４ 偏波制御回路アレイ
３ 光強度制御回路アレイ
５、６ ４アレイ半導体光増幅器（ＳＯＡ）素子
７、８ ハイブリッド実装用半田パタン
９ Siテラス搭載部
１０、１１ 光導波路コア
１２、１３ ４アレイ半導体光増幅器（ＳＯＡ）素子駆動用電極
１５、１８、２１、２４、２６ 第１の光回路群
１６、１９、２２、２５、２７ 第２の光回路群
１７、２０、２３ 第３の光回路群
２８ 櫛歯状１／２波長板の光学主軸
103 、303 、305 、507 、512 、704 、713 、804 、813 、907 、1004 櫛歯状１／２波長板
101a-101h 、301a-301d 、5A01a-5A01b 、5B01a-5B01b 、7A01a-7A01b 、7B01a-7B01b 、9A01a-9A01b 、9B01a-9B01b 、10A01 、10B01 、1201a-1201b 入力光導波路
102a-102d 、302a-302d 、306a-306d 、5A05a-5A05b 、5B05a-5B05b 、5A14a-5A14b 、5B14a-5B14b 、7A02a-7A02b 、7B02a-7B02b 、7A15a-7A15b 、7B15a-7B15b 、8A02、8B02、8A15、8B15、9A05a-9A05b 、9B05a-9B05b 、10A02 、10B02 、1202、1216a-1216b 偏波合分波回路
104a-104h 、307a-307d 、5A18a-5A18b 、5B18a-5B18b 、7A16a-7A16b 、7B16a-7B16b 、8A16、8B16、1217a-1217b 出力光導波路
5A02、5B02、5A17、5B17、7A06a-7A06b 、7B06a-7B06b 、7A11a-7A11b 、7B11a-7B11b 、8A06a-8A06b 、8B06a-8B06b 、8A11a-8A11b 、8B11a-8B11b 、9A02、9B02、10A06a-10A06b 、10B06a-10B06b 、1206a-1206b 、1212a-1212b 光結合回路
912 、1011 反射面
1101、1318 交差導波路
1204、1214 通常の１／２波長板（従来）
Claims (10)
- ２個以上の偏波合分波回路と、１枚以上の櫛歯状１／２波長板とを備え、前記櫛歯状１／２波長板が前記偏波合分波回路の入力光導波路または出力光導波路のいずれかに、光学主軸が基板に対して４５度傾いて挿入されていることを特徴とする偏波制御回路アレイ。
- 第１の偏波制御回路アレイ、第２の偏波制御回路アレイおよび偏波依存性のある光強度制御回路アレイを備える光回路において、
前記第１の偏波制御回路アレイと、前記光強度制御回路アレイと、前記第２の偏波制御回路アレイとが順に接続され、かつ、配置されており、
前記第１および第２の偏波制御回路アレイが請求項１記載の偏波制御回路アレイであることを特徴とする光回路。 - 第１の偏波制御回路アレイ、第２の偏波制御回路アレイおよび偏波依存性のある光位相制御回路アレイを備える光回路において、
前記第１の偏波制御回路アレイと、前記光位相制御回路アレイと、前記第２の偏波制御回路アレイとが順に接続され、かつ、配置されており、
前記第１および第２の偏波制御回路アレイが請求項１記載の偏波制御回路アレイであることを特徴とする光回路。 - 順に接続されかつ配置された、第１の光回路群、第２の光回路群および第３の光回路群を備え、
前記第１の光回路群は、第１の光結合回路アレイと、第１の偏波制御回路アレイとが順に接続されたものであり、
前記第２の光回路群は、前記第１の光回路群の出力光導波路に接続される、前記出力光導波路と同数の入出力光導波路と、前記入出力光導波路に装荷した光の位相を変化させるための位相シフト回路とから構成された光位相制御回路アレイであり、
前記第３の光回路群は、第２の偏波制御回路アレイと、第２の光結合回路アレイとが順に接続されたものであり、
前記第１および第２の偏波制御回路アレイが請求項１記載の偏波制御回路アレイであることを特徴とする光回路。 - 順に接続されかつ配置された、第１の光回路群、第２の光回路群および第３の光回路群を備え、
前記第１の光回路群は、第１の偏波制御回路アレイと、第１の光結合回路アレイとが順に接続されたものであり、
前記第２の光回路群は、前記第１の光回路群の出力光導波路に接続される、前記出力光導波路と同数の入出力光導波路と、前記入出力光導波路に装荷した光の位相を変化させるための位相シフト回路とから構成された光位相制御回路アレイであり、
前記第３の光回路群は、第２の光結合回路アレイと、第２の偏波制御回路アレイとが順に接続されたものであり、
前記第１および第２の偏波制御回路アレイが請求項１記載の偏波制御回路アレイであることを特徴とする光回路。 - 請求項５記載の光回路において、
前記第１の偏波制御回路アレイを構成する偏波合分波回路の数が前記第１の光結合回路アレイを構成する光結合回路の数より少なく、
前記第２の偏波制御回路アレイを構成する偏波合分波回路の数が前記第２の光結合回路アレイを構成する光結合回路の数より少ないことを特徴とする光回路。 - 請求項４記載の光回路において、
前記第３の光回路群に代えて、前記第２の光回路群の出力側に反射面を備えたことを特徴とする光回路。 - 請求項５または６記載の光回路において、
前記第３の光回路群に代えて、前記第２の光回路群の出力側に反射面を備えたことを特徴とする光回路。 - 請求項４または７記載の光回路において、
個々の光回路群がそれぞれ異なる基板上に配置され、基板同士が端面で突き合わされて光回路群間の光導波路同士が光結合されてることを特徴とする光回路。 - 請求項５または６または８記載の光回路において、
個々の光回路群がそれぞれ異なる基板上に配置され、基板同士が端面で突き合わされて光回路群間の光導波路同士が光結合されてることを特徴とする光回路。
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