光学位相調整素子、及びこれを用いた復調器
【課題】熱光学素子における温度分布を抑制し、光学収差の小さい光学位相調整素子、及びそれを用いた復調器の提供。
【解決手段】本発明に係る光学位相調整素子は、入力される光信号に対する屈折率が温度に依存して変化する熱光学素子と、前記熱光学素子の一端側に接するとともに前記熱光学素子が所望の温度となるよう温度変化する温度変化部と、前記温度変化部に対して前記熱光学素子と反対側に配置されるとともに前記温度変化部の温度とは異なる温度で熱平衡状態となる放熱部と、前記温度変化部と前記放熱部の間にそれぞれ接して配置されるとともに前記放熱部より大きい熱抵抗を有する温度緩衝部と、を備える。
【解決手段】本発明に係る光学位相調整素子は、入力される光信号に対する屈折率が温度に依存して変化する熱光学素子と、前記熱光学素子の一端側に接するとともに前記熱光学素子が所望の温度となるよう温度変化する温度変化部と、前記温度変化部に対して前記熱光学素子と反対側に配置されるとともに前記温度変化部の温度とは異なる温度で熱平衡状態となる放熱部と、前記温度変化部と前記放熱部の間にそれぞれ接して配置されるとともに前記放熱部より大きい熱抵抗を有する温度緩衝部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱光学効果により透過光の光路長を変化させる光学位相調整素子、及びこれを用いた光位相変調信号の復調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光伝送システムの大容量化及び長距離化の要望に応えるものとして、位相変調方式が実用化されている。例えば、差動位相偏移変調（Differential Phase Shift Keying：以下、ＤＰＳＫと記す）や差動４相位相偏移変調（Differential Quadrature Phase Shift Keying：以下、ＤＱＰＳＫと記す）等の位相変調方式では、伝送された光信号を受信する際、１ビット前の光信号と光学的に干渉させて位相情報を強度情報に変換して復調を行う。
【０００３】
光干渉計に係る技術について、特許文献１に開示されている。特許文献１の図１に示す通り、光送信器によって送出された光信号が、光干渉計において、光路長の異なる２つの光路に分岐入力され、分岐された光信号が再び合波され、光路の有効光路差により光信号が干渉されることにより、強度変調信号に変換される。さらに、受光器が光干渉計により変換された強度変調信号を電気信号に変換し、増幅器が受光器により変換された電気信号を増幅し、信号処理部が増幅器により増幅された電気信号からデータ信号を抽出している。光信号を高精度に復調する為には、光干渉計において分岐された一方の光信号に対して付与される遅延時間を正確に設定する必要があり、特許文献１の図２に示す通り、光干渉計の位相調整部が光路長を調整している。
【０００４】
光路長を調整する手段としては、電気光学効果、磁気光学効果、光弾性効果、熱光学効果等の物理光学現象を用いる方法や、機械的に光学素子を動かす方法が一般に知られている。
【０００５】
従来において、光干渉計は、平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：以下、ＰＬＣと記す）で構成されることが多い。しかし、ＰＬＣには、光導波路特性が温度や機械的圧力に対して敏感に変動するという特徴があり、光導波路特性を安定に保つ為にコストの増大及びサイズの大型化を招くという問題がある。分波波長特性が温度に依存して変化する石英アレイ導波路素子などの導波路素子と、導波路素子を載置する温調素子とを備える導波路型光モジュールについて、特許文献２に記載されている。特許文献２に記載の温調素子は、導波路素子を載置する面と反対側の表面又は内部に発熱体などを備える板状体からなっている。そして、温調素子と、温調素子を支持する台座（外部）との物理的に接触する面積を小さくしつつ、温調素子と台座との間に断熱材を介在させることなどにより、熱が温調素子（板状体）から台座へ向かう熱の伝搬が軽減され、板面の熱均一性が確保される。
【０００６】
これに対して、自由空間（又は媒体）を伝送路とした光学系（以下、自由空間光学系と記す）を用いた遅延干渉計について、例えば、特許文献３に記載されている。特許文献３に記載の遅延干渉計では、分岐された２つの光路に２つのプリズムをそれぞれ配置し、一方のプリズムを移動させることにより、光波路長を変動させている。
【０００７】
また、自由空間光学系において熱光学効果を用いた光学位相調整板が、特許文献４に開示されている。特許文献４に記載の光学位相調整板では、熱光学効果により透過光に対する屈折率を変化させることができる光学基板がパッケージの底部に形成された取り付け部に取り付けられ、光学基板の表面のうち取り付け部側とは反対側の表面に薄膜ヒータが形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２１８９１号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７６３２号公報
【特許文献３】国際公開第２０１０−１０９６４０号
【特許文献４】特開２００９−３００５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
熱光学効果は他の物理光学現象と比較して偏光依存性が小さいため、熱光学効果を用いた光学位相調整素子が望まれる。また、熱光学効果を用いた光学位相調整素子においては、熱のみで位相を調整することができ、機械的に光学素子を移動させる機構などが必要ないので、干渉計の小型化が期待できる。しかし、自由空間光学系において、熱光学効果を利用して、光学位相調整を行う場合、素子の内部に温度分布が生じてしまうと、その温度分布に応じて素子の内部に屈折率分布が生じてしまい、屈折率分布に応じて光学収差が発生してしまう。光学収差が発生すると、干渉計において干渉性が悪化するので、光学位相調整素子の特性が劣化してしまう。
【００１０】
例えば、特許文献４に記載の技術を適用した場合、熱源である薄膜ヒータと放熱部であるパッケージの取り付け部との間に、熱光学素子を配置することとなり、熱光学素子において、熱源や放熱部から離れるにつれて、温度分布が生じてしまう。それにより、熱光学素子を透過する光信号の領域に生じる温度分布により、素子の特性が劣化してしまう。また、例えば、特許文献２に記載の技術を自由空間光学系に適用することは困難な上に、熱光学素子と熱源との接触する面積を小さくすると、温度変化に対する応答が遅くなり、実用的な位相調整に適さなくなるという新たな問題が生じてしまう。
【００１１】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱光学素子における温度分布を抑制し、光学収差が低減される光学位相調整素子、及びそれを用いた復調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記課題を解決するために、本発明に係る光学位相調整素子は、入力される光信号に対する屈折率が温度に依存して変化する熱光学素子と、前記熱光学素子の一端側に接するとともに前記熱光学素子が所望の温度となるよう温度変化する温度変化部と、前記温度変化部に対して前記熱光学素子と反対側に配置されるとともに前記温度変化部の温度とは異なる温度で熱平衡状態となる放熱部と、前記温度変化部と前記放熱部の間にそれぞれ接して配置されるとともに前記放熱部より大きい熱抵抗を有する温度緩衝部と、を備える。
【００１３】
（２）上記（１）に記載の光学位相調整素子であって、前記熱光学素子は、周囲気体によって包囲され、前記熱光学素子の熱抵抗Ｒ１と、前記熱光学素子が前記周囲気体に包囲される表面の面積Ｓと、前記周囲気体の熱伝達率ｈと、の積であるＲ１×Ｓ×ｈが、前記熱光学素子の所望の屈折率分布比δより小さくてもよい。
【００１４】
（３）上記（２）に記載の光学位相調整素子であって、前記周囲気体は、窒素を主成分とする気体であってもよい。
【００１５】
（４）上記（１）に記載の光学位相調整素子であって、前記熱光学素子は、真空によって包囲され、前記熱光学素子の熱抵抗Ｒ１と、前記熱光学素子が前記真空に包囲される表面の面積Ｓと、前記熱光学素子の絶対温度Ｔｏの３乗と、の積であるＲ１×Ｓ×Ｔｏ３が、前記熱光学素子の所望の屈折率分布比δと定数４００００００と、の積である４００００００×δより小さくてもよい。
【００１６】
（５）上記（１）に記載の光学位相調整素子であって、前記温度緩衝部の熱容量Ｃ２と前記温度緩衝部の熱抵抗Ｒ２との積であるＣ２×Ｒ２が、前記熱光学素子の熱容量Ｃ１と前記熱光学素子の熱抵抗Ｒ１との積であるＣ１×Ｒ１の０．５倍以上２倍以下であってもよい。
【００１７】
（６）上記（１）に記載の光学位相調整素子であって、前記熱光学素子は、前記入力される光信号が通過する領域において、互いに平行な１対の面を有し、該１対の面は、前記熱光学素子が前記温度変化部と接する面に対してほぼ垂直であってもよい。
【００１８】
（７）上記（１）に記載の光学位相調整素子であって、前記熱光学素子が前記温度変化部と接する面の周縁を、前記温度変化部が囲っていてもよい。
【００１９】
（８）上記（１）に記載の光学位相調整素子であって、前記温度変化部は、前記温度緩衝部上に形成される薄膜抵抗体であり、前記熱光学素子は、絶縁性の接着剤を用いて接着されることにより、前記温度変化部と接してもよい。
【００２０】
（９）上記（１）に記載の光学位相調整素子であって、前記熱光学素子は、シリコンを主成分として含んでいてもよい。
【００２１】
（１０）本発明に係る復調器は、上記（１）乃至（９）のいずれかに記載の光学位相調整素子を、１又は複数備えていてもよい。
【００２２】
（１１）上記（１０）に記載の復調器であって、前記１又は複数の光学位相調整素子それぞれは、前記入力された光信号が２つの光信号に分岐され、該２つの光信号のいずれかの位相を調整してもよい。
【００２３】
（１２）上記（１０）に記載の復調器であって、マッハ＝ツェンダー干渉計を、さらに備え、前記１又は複数の光学位相調整素子は、該マッハ＝ツェンダー干渉計に配置されてもよい。
【００２４】
（１３）上記（１０）に記載の復調器であって、マイケルソン干渉計を、さらに備え、前記１又は複数の光学位相調整素子は、該マイケルソン干渉計に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、熱光学素子における温度分布を抑制し、光学収差が低減される光学位相調整素子、及びそれを用いた復調器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学位相調整素子の構造を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光学位相調整素子に生じる熱流と温度分布を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光学位相調整素子の等価回路を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る復調器の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る復調器の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る復調器の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の比較例に係る光学位相調整素子の構造を示す概略斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の比較例に係る光学位相調整素子に生じる熱流と温度分布を示す模式図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の比較例に係る光学位相調整素子の等価回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
あくまで、当該実施形態の実施例を説明するものであって、図に示す縮尺と実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。
【００２８】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学位相調整素子１の構造を示す概略斜視図である。図に示す通り、光学位相調整素子１は、熱光学素子１１と、温度変化部１２と、温度緩衝部１３と、放熱部１４と、を備えている。
【００２９】
温度変化部１２は薄膜抵抗体からなり、温度緩衝部１３上に薄膜抵抗パタンを形成することにより、温度変化部１２が形成される。薄膜抵抗体に流れる電流量に応じて、温度変化部１２は熱を発生する。
【００３０】
熱光学素子１１はシリコン基板からなり、熱光学素子１１は板状の直方体の形状をしている。ここで、熱光学素子１１は、板状に広がる互いに平行な前面と背面とを有しており、外部より入力される光信号３０が、前面より入射して熱光学素子１１を透過し背面より出射する。熱光学素子１１は温度によって光信号３０に対する屈折率が変化する特性を有しており、すなわち、屈折率が温度に依存して変化する。熱光学素子１１はさらに底面を有しており、絶縁性の接着剤を用いて、温度変化部１２に熱光学素子１１の底面が接している。ここで、熱光学素子１１の一端側とは熱光学素子１１の底面となっている。また、熱光学素子１１の底面の周縁は、温度変化部１２に囲われており、温度変化部１２を形成する薄膜抵抗体の面積は、熱光学素子１１の底面の面積より大きい。熱光学素子１１は、底面と反対側に位置する上面と、前面と背面の左右にそれぞれ位置する右側面と左側面と、をさらに有している。熱光学素子１１は、窒素を主成分とする周囲気体に包囲されており、熱光学素子１１の６面のうち、温度変化部１２と接している底面以外の５面は、周囲気体と接している。すなわち、熱光学素子１１の表面のうち、温度変化部１２と接している領域以外は、周囲気体によって包囲されている。
【００３１】
温度緩衝部１３の下側には、放熱部１４が配置されている。すなわち、放熱部１４は、温度変化部１２に対して、熱光学素子１１と反対側に配置されており、温度緩衝部１３は温度変化部１２と放熱部１４との間に配置され、温度緩衝部１３の上側は温度変化部１２と、温度緩衝部１３の下側は放熱部１４と、それぞれ接している。温度緩衝部１３の熱抵抗は、放熱部１４の熱抵抗より大きい。
【００３２】
熱光学素子１１が所望の温度となるよう、温度変化部１２は温度変化する。ここでは、温度変化部１２に流れる電流量が制御され、温度変化部１２は電流量に応じて熱を発生する。温度変化部１２で生じた熱は、上側へは熱光学素子１１に伝導し、下側へは温度緩衝部１３に伝導する。熱光学素子１１に流入した熱は、周囲気体への熱伝達や熱輻射によって周囲気体へ流出する。温度緩衝部１３に流入した熱はさらに放熱部１４に放熱される。これらの熱量が安定に落ち着いたところで、温度が平衡状態になる。
【００３３】
当該実施形態に係る光学位相調整素子１の特徴は、熱光学素子１１における温度分布が抑制されている点にあり、熱光学素子１１の上端と下端との間に生じる温度差が低減されている。温度差は、簡単なモデルによると熱流量と熱抵抗の積によって表されるので、熱抵抗を持つ物質であればどのような形状であっても必ず熱流量に比例する温度差が生じる。また、熱光学素子１１は、温度に依存して光信号３０に対する屈折率が変化するものであるので、所望の屈折率変化を得るためには、温度変化部１２が相応の温度変化をして熱を発生するので、熱流量は大きくなってしまう。
【００３４】
以下に、公知例とはなっていないが本願発明に先立ち本願発明者らによって検討された本願発明に対する比較例を、図７乃至図９に示す。
【００３５】
当該実施形態に係る光学位相調整素子１の効果を明らかにするために、当該実施形態の比較例に係る光学位相調整素子１０１と比較する。図７は、当該実施形態の比較例に係る光学位相調整素子１０１の構造を示す概略斜視図である。当該実施形態に係る光学位相調整素子１と同様に、光学位相調整素子１０１は、熱光学素子１１１と、温度変化部１１２と、温度緩衝部１１３と、放熱部１１４と、を備えているが、配置が当該実施形態に係る光学位相調整素子１と異なっている。とくに、温度変化部１１２が熱光学素子１１１の上面に形成されており、熱光学素子１１１が温度緩衝部１１３の上に接して配置されている。それゆえ、温度変化部１１２で生じた熱の一部は周囲気体へ流出するものの、温度変化部１１２で生じた熱の多くは、熱光学素子１１１に伝導し、さらに、温度緩衝部１１３、放熱部１１４へと伝導していく。
【００３６】
図８は、当該実施形態の比較例に係る光学位相調整素子１０１に生じる熱流と温度分布を示す模式図である。温度変化部１１２が所望の熱量の熱を発生しており、光学位相調整素子１０１が熱平衡状態に達している状態が図には示されている。図８（ａ）に、光学位相調整素子１０１に生じる熱流が示されている。前述の通り、上部に位置する温度変化部１１２で生じた熱は、熱光学素子１１１に伝導し、さらに、温度緩衝部１１３、放熱部１１４へと下向きに伝導しており、矢印の向きは熱流の向きを示し、矢印の太さが熱流量の大きさを示している。図８（ｂ）に、光学位相調整素子１０１に生じる温度分布が示されており、図の縦軸は高さｙを、図の横軸は高さｙにおける温度Ｔが示されている。前述の通り、熱流量に比例して温度差が生じるので、光学位相調整素子１０１にはその高さに応じて、図８（ｂ）に示す温度勾配が生じている。温度緩衝部１１３の熱抵抗が最も大きく、温度緩衝部１１３に生じる温度勾配が最も大きい。熱光学素子１１１の熱抵抗は、温度緩衝部１１３の熱抵抗より小さいものの、熱光学素子１１１にも温度勾配が生じている。ここで、熱光学素子１１１の上端と下端との間に生じる温度差が、ΔＴとして図に示されている。また、放熱部１１４の熱抵抗は、熱光学素子１１１の熱抵抗や温度緩衝部１１３の熱抵抗と比較して十分に小さいので、放熱部１１４における温度勾配は非常に小さい。
【００３７】
図２は、当該実施形態に係る光学位相調整素子１に生じる熱流と温度分布を示す模式図である。温度変化部１２が所望の熱量の熱を発生しており、光学位相調整素子１が熱平衡状態に達している状態が図には示されている。図２（ａ）に、光学位相調整素子１に生じる熱流が示されている。前述の通り、熱光学素子１１と温度緩衝部１３との間に位置する温度変化部１２で生じた熱は、上側へは熱光学素子１１に伝導し、下側へは温度緩衝部１３、放熱部１４に伝導する。図８（ａ）と同様に、矢印の向きは熱流の向きを示し、矢印の太さが熱流量の大きさを示しているが、熱平衡状態において、温度変化部１２から熱光学素子１１へ流れる熱流量は、温度変化部１２から温度緩衝部１３、放熱部１４へ流れる熱流量と比較して、十分に小さいので、温度変化部１２から熱光学素子１１へ流れる熱流は、図には、破線の矢印で示されている。図２（ｂ）に、光学位相調整素子１に生じる温度分布が示されており、図の縦軸は高さｙを、図の横軸は高さｙにおける温度Ｔが示されている。前述の通り、熱流量に比例して温度差が生じるので、光学位相調整素子１にはその高さに応じて、図２（ｂ）に示す温度勾配が生じている。しかし、熱平衡状態において、図８（ｂ）と同様に、温度緩衝部１３の熱抵抗が最も大きく、温度緩衝部１３に生じる温度勾配が最も大きい。しかし、比較例に係る光学位相調整素子１０１と異なり、熱光学素子１１へ流れる熱流量は、温度緩衝部１３へ流れる熱流量と比較して十分に小さいので、熱平衡状態において、熱光学素子１１に生じる温度勾配は非常に小さい。すなわち、熱光学素子１１の上端と下端との間に生じる温度差は非常に小さい。また、放熱部１４の熱抵抗は、熱光学素子１１の熱抵抗や温度緩衝部１３の熱抵抗と比較して十分に小さく、放熱部１４における温度勾配は非常に小さく、温度変化部１２の温度とは異なる温度で、ここでは、より低い温度で、熱平衡状態となっている。放熱部１４における温度勾配は非常に小さいので、放熱部１４は温度一定とみなすことが出来る。
【００３８】
一般に、熱光学素子の温度差については、熱平衡状態となっている熱光学素子の平均温度Ｔに対して熱光学素子に温度差ΔＴがある場合、熱光学素子にΔＴ／Ｔ＝δとなる屈折率分布比δが生じる。ここで、平均温度Ｔとは、熱光学素子の上端の温度と下端の温度の平均をいい、温度差ΔＴとは、熱光学素子の上端の温度と下端の温度の差をいう。さらに、屈折率分布比δとは、熱光学素子の平均屈折率に対する屈折率分布の比である。ここで、平均屈折率とは、熱光学素子の上端における屈折率と下端における屈折率との平均をいい、屈折率分布とは、熱光学素子の上端の屈折率と下端の屈折率の差をいう。
【００３９】
なお、ここで温度とは、例えば室温といった基準となる温度（以下、基準温度と記す）に対する温度である。すなわち、温度とは、基準温度からの温度変化である。よって、平均温度Ｔとは、熱光学素子の上端における基準温度からの温度変化と、下端における基準温度からの温度変化と、の平均をいう。同様に、ここで屈折率とは、例えば室温における屈折率といった基準となる屈折率（以下、基準屈折率と記す）に対する屈折率である。すなわち、屈折率とは、基準屈折率からの屈折率変化である。よって、平均屈折率とは、熱光学素子の上端における基準屈折率からの屈折率変化と、下端における基準屈折率からの屈折率変化と、の平均をいう。よって、平均屈折率とは、基準屈折率に対する屈折率変化の平均で定義される。同様に、屈折率変化比δは、基準屈折率に対する屈折率変化の平均に対する、屈折率分布の、比で定義されるとしてもよい。
【００４０】
屈折率分布比δが生じるとき、例えば、位相調整量として１波長分を変化させる場合、波長をλとしてδ×λの光学収差に相当する。光学収差については、この熱光学素子を通過して位相調整された光信号を別の光信号と干渉させる場合に良好な干渉性を得るために、位相ずれが０．０１λ未満であることが望ましい。すなわち、屈折率分布比δに対応して、熱光学素子の温度差ΔＴが０．０１Ｔ未満であるのが望ましい。
【００４１】
以下、当該実施形態に係る光学位相調整素子１の効果について、温度差に加えて、温度変化効率及び応答速度まで考慮してより詳細に説明する。ここで、光学位相調整素子１を構成する各部の温度に対する物性は熱容量と熱抵抗で表され、熱流を電流に置き換え、温度変化部１２を電流源に置き換えると、電気回路と等価とするモデルを適用することが出来る。
【００４２】
図９は、当該実施形態の比較例に係る光学位相調整素子１０１の等価回路を示す図である。ここで、温度変化部１１２の発熱量をＱ、熱光学素子１１１の熱容量をＣ１、熱光学素子１１１の熱抵抗をＲ１、温度緩衝部１１３の熱容量をＣ２、温度緩衝部１１３の熱抵抗をＲ２、温度変化部１１２及び熱光学素子１１１の上端の温度をＴ３、熱光学素子１１１と温度緩衝部１１３の接触部の温度をＴ４とする。図９に示す光学位相調整素子１０１の等価回路において、熱光学素子１１１の等価回路モデル１２１は、抵抗Ｒ１と容量Ｃ１の並列回路で、温度緩衝部１１３の等価回路モデル１２３は、抵抗Ｒ２と容量Ｃ２の並列回路で、表すことが出来る。ここで、電気回路における接地電位（ＧＮＤ）が、基準温度に対応しており、温度Ｔ３，Ｔ４は、基準温度に対する温度変化であり、等価回路となる電気回路においては、接地電位に対する電位（接地電位との電位差）に対応している。
【００４３】
電気回路と等価とするモデルについて解くと、温度Ｔ３，Ｔ４は、以下の数式１に表すことが出来る。
【００４４】
【数１】
【００４５】
このとき、熱光学素子１１１における温度差ΔＴは、以下の数式２に表すことができる。
【００４６】
【数２】
【００４７】
ここで、熱平衡状態において、熱光学素子１１１に対する所望の温度をＴ３＝（Ｒ１＋Ｒ２）×Ｑとすると、温度差ΔＴ＝Ｒ１×Ｑとなるので、その比ΔＴ／Ｔ３は、以下の数式３に表すことが出来る。
【００４８】
【数３】
【００４９】
数式３が示す通り、熱光学素子１１１におけるΔＴ／Ｔ３は、光学位相調整素子１０１全体の熱抵抗に対する熱光学素子１１１の熱抵抗の比で表される。熱光学素子１１１の温度分布を小さくするためには、温度緩衝部１１３の熱抵抗Ｒ２を、熱光学素子１１１の熱抵抗Ｒ１に対して大きくすればよい。この場合、数式１より、温度Ｔ３，Ｔ４の応答時定数は、Ｃ２×Ｒ２が支配的になる。温度緩衝部１１３の熱容量Ｃ２を小さくすれば、応答速度は速くなるが、原理的に熱容量Ｃ２を小さくするには限度があるので、熱光学素子１１１の応答時定数は、熱抵抗Ｒ２を大きくする限りどうしても非常に大きくなり、応答速度は遅くなってしまい、位相調整が非常に遅くなり実用的でなくなる。
【００５０】
図３は、当該実施形態に係る光学位相調整素子１の等価回路を示す図である。ここで、温度変化部１２の発熱量をＱ、熱光学素子１１の熱容量をＣ１、熱光学素子１１の熱抵抗をＲ１、温度緩衝部１３の熱容量をＣ２、温度緩衝部１３の熱抵抗をＲ２、熱光学素子１１の上端の温度をＴ１、温度変化部１２の温度が一定として、熱光学素子１１及び温度緩衝部１３の温度変化部１２との接触部の温度をＴ２とする。図３に示す光学位相調整素子１の等価回路において、図９と同様に、熱光学素子１１の等価回路モデル２１は、抵抗Ｒ１と容量Ｃ１の並列回路で、温度緩衝部１３の等価回路モデル２３は、抵抗Ｒ２と容量Ｃ２の並列回路で、表すことが出来る。また、前述の通り、光学位相調整素子１は、温度変化部１２の配置が、比較例に係る光学位相調整素子１０１と異なっており、図３に示す通り、温度変化部１２に対応する電流源の配置が異なっている。さらに、熱光学素子１１から周囲気体への熱伝達及び熱輻射に対応する熱抵抗をＲ３としている。電気回路と等価とするモデルについて解いて、さらに、熱抵抗Ｒ３が熱抵抗Ｒ１，Ｒ２と比較して十分に大きいので、係る近似を施すことにより、温度Ｔ１，Ｔ２は、以下の数式４に表すことが出来る。
【００５１】
【数４】
【００５２】
このとき、熱光学素子１１における温度差ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１は、以下の数式５に表すことができる。
【００５３】
【数５】
【００５４】
ここで、熱平衡状態において、熱光学素子１１に対する所望の温度をＴ２＝Ｒ２×Ｑとすると、温度差ΔＴ＝（Ｒ１×Ｒ２／Ｒ３）×Ｑとなるので、その比ΔＴ／Ｔ２は、以下の数式６に表すことが出来る。
【００５５】
【数６】
【００５６】
前述の通り、Ｒ３はＲ１より十分に大きいので、熱光学素子１１における温度差ΔＴが非常に小さいことがわかる。そして、熱光学素子１１に対する所望の温度Ｔ２はＲ２×ＱでありＲ２に比例するが、温度緩衝部１３の熱抵抗Ｒ２が大きいことを意味しているので、光学位相調整素子１の温度変化効率は高いことが分かる。
【００５７】
また、数式４及び数式５が示す通り、応答時定数については、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２の２つの成分が出現している。全体の応答は時定数の大きい方に律速されるので、光学位相調整素子１の応答速度は、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２のうち大きい方の応答速度となる。
【００５８】
ここで、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２が同程度の値をとる場合について考える。この場合、数式４及び数式５の各項の係数の分母が０となってしまい不都合が生じてしまう。それゆえ、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２が同程度の値をとる場合について、再計算を行うと、温度Ｔ１，Ｔ２は、以下の数式７に表すことが出来る。
【００５９】
【数７】
【００６０】
ただし、係数α、係数β及び係数Ｋは、以下の数式８で表される。
【００６１】
【数８】
【００６２】
このとき、熱光学素子１１における温度差ΔＴは、以下の数式９に表すことができる。
【００６３】
【数９】
【００６４】
ここで、熱平衡状態において、その比ΔＴ／Ｔ２は、以下の数式１０に表すことが出来る。
【００６５】
【数１０】
【００６６】
前述の通り、Ｒ３はＲ１及びＲ２より十分に大きいので、数式６と同様に、熱光学素子１１における温度差ΔＴが非常に小さいことがわかる。また、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２が同程度の値をとる場合、応答時定数は１／α〜Ｋとなり、振動を伴いながらＫ程度の時定数で熱平衡に至る。よって、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２が同程度の値をとる場合は、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２の値にばらつきがある場合よりも、一般に応答が速くなっているのが分かる。
【００６７】
次に、熱光学素子１１から周囲気体への熱伝達及び熱輻射に対応する熱抵抗Ｒ３について、説明する。周囲気体への熱輻射は、一般に熱伝達よりも十分に小さいので、ここでは、周囲気体への熱伝達のみについて考えればよい。ここで、周囲気体の熱伝達率をｈ、熱光学素子１１の周囲気体に包囲される表面の面積をＳとするとき、熱抵抗Ｒ３は、以下の数式１１に表すことが出来る。
【００６８】
【数１１】
【００６９】
ここで、熱伝達率ｈは、周囲気体の流速に依存するが、一般的には常温常圧の空気で１０Ｗ／（Ｋｍ２）程度である。周囲気体が平均自由工程の大きな気体の場合、熱伝達率ｈは１０倍程度になることもあるが、空気のような窒素を主成分とする気体であれば熱伝達率ｈは上記程度であり、化学反応性やコストの面でも良い。ここで、主成分とは、５０％以上のモル含有量を満たすものであるとする。数式１０に、数式１１とδ＝ΔＴ／Ｔ２を代入して、Ｒ３がＲ１より十分に大きいとの近似を施すことにより、屈折率分布比δは、以下の数式１２に表すことが出来る。
【００７０】
【数１２】
【００７１】
数式１２より、光学位相調整素子１の屈折率分布比δが素子として要求される所望の値以下となるように、Ｒ１×ｈ×Ｓが当該所望の値より小さくなるように、光学位相調整素子１を作製すればよい。光学位相調整素子１にとって問題となる屈折率分布は、熱光学素子１１に入射し出射する光信号３０が通過する領域においてである。上記議論は、屈折率分布比δを、熱光学素子１１の上端と下端に対する屈折率分布比なので、光信号３０が通過する領域（以下、ビーム径と記す）において要求される屈折率分布から換算して、上記屈折率分布比δの所望の値を算出すればよい。
【００７２】
光学位相調整素子１の作製において、熱光学素子１１を通過する光信号３０が大きなビーム径を有しており、大きなビーム径の光信号３０を通過させる制約から、熱光学素子１１の熱容量及び熱抵抗はともに有る程度大きくならざるを得ず、温度緩衝部１３は前述の通り熱抵抗が大きい。また、構造上の制約があり、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２の両方を同時に小さくすることは困難である。したがって、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２とがほぼ等しくなるように各物性値及び形状を決めれば、極端に応答の遅い成分が出なくなり都合が良い結果が得られる。ここで、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２の比が２倍程度以下であれば望ましい。すなわち、Ｃ２×Ｒ２が、Ｃ１×Ｒ１の０．５倍以上２倍以下であるのが望ましい。Ｃ１×Ｒ１が、Ｃ２×Ｒ２の０．５倍以上２倍以下であるのが望ましいとしてもよい。
【００７３】
さらに、簡単なモデルを適用すると、熱容量は長さに正比例し断面積に正比例、熱抵抗は長さに正比例し断面積に反比例するので、熱容量と熱抵抗の積は、ほとんど断面積に依存せず、熱流経路の長さのみによって決まる、したがって、当該実施形態に係る光学位相調整素子１においては、応答速度に関して、熱光学素子１１と温度緩衝部１３の断面積は殆ど影響せず、熱光学素子１１と温度緩衝部１３の厚さによって、主に応答速度が決定される。よって、熱光学素子１１と温度緩衝部１３の厚さを調整することにより、上記のＣ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２とがほぼ等しいという条件を簡単に満たすことが可能である。
【００７４】
当該実施形態に係る光学位相調整素子１において、熱光学素子１１は互いに平行な１対の面（前面と背面）を有しており、光信号３０は、該１対の面を通過している。すなわち、光信号３０のビーム径は、該１対の面それぞれ含まれている。このように、熱光学素子１１に光信号３０が通過する領域（ビーム径）は、互いに平行な１対の面となっているのが望ましい。さらに、光信号３０は、該１対の面に垂直に入射し出射するのが望ましい。しかしながら、熱光学素子１１に光信号３０が通過する領域以外は、光学的性能に影響しない限り特に制限されるものではない。
【００７５】
また、当該実施形態に係る光学位相調整素子１において、熱光学素子１１は該１対の面に垂直な面である底面が、温度変化部１２と接している。温度変化部１２と接する面に対して、該１対の面がほぼ垂直であれば、熱光学素子内の熱流がより一定となり、熱光学素子内の温度分布を抑制するためにより望ましい。ここで、ほぼ垂直とは、８５度以上９５度以下をいうが、垂直（９０度）であるのがさらに望ましいのは言うまでもない。
【００７６】
さらに、当該実施形態に係る光学位相調整素子１において、温度緩衝部１３上に薄膜抵抗パタンを形成することによって、薄膜抵抗体からなる温度変化部１２が形成される。薄膜抵抗体は、熱容量及び熱抵抗が小さいので望ましいが、これに限定されることはない。他の発熱体であってもよいし、温度変化部１２は発熱体のみならず、吸熱体であってもよい。吸熱機能を持つ素子は、例えばペルチェ素子である。
【００７７】
また、熱光学素子１１に発生する温度分布を抑制する観点から、熱光学素子１１が温度変化部１２と接する面に対して、温度変化部１２を十分に大きくするのが望ましい。とくに、温度変化部１２が薄膜抵抗体である場合は、薄膜抵抗体の面積が十分に大きいのが望ましい。とくに、熱光学素子１１が温度変化部１２と接する面の周縁、すなわち、熱光学素子１１の底面の周縁を、温度変化部１２が囲っているのが望ましい。熱光学素子１１に発生する温度分布はさらに抑制されることとなる。
【００７８】
ここでは、熱光学素子１１が、絶縁性の接着剤を用いて温度変化部１２に接着されることにより、熱光学素子１１は温度変化部１２に接しているが、組立工程を簡単とすることが出来るので望ましい。さらに、温度変化部１２が薄膜抵抗体であり、薄膜抵抗体の面積が十分に大きいとき、接着許容範囲はさらに広がるので組立工程はさらに簡単となる。
【００７９】
さらに、ここでは、熱光学素子１１はシリコン基板からなるとしている。シリコン基板は、アモルファス（非晶質）シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンのいずれであってもよいし、熱光学素子１１はシリコンを主成分とする材料で形成されていてもよい。一般低な光学ガラスは、１．０×１０−６から１．０×１０−５程度の熱光学係数を持つが、シリコンは１．０×１０−４程度の高い熱光学係数を有しているので、熱光学素子の材料として、シリコンは望ましい。熱光学素子１１にシリコンを用いることにより、温度分布を抑制し、また、一般的な光学媒質に比べて、熱伝導度が高いので、本発明の効果はさらに高まる。しかしながら、熱光学素子１１の材質は、温度に依存して屈折率が変化し、光信号３０に対する透過率が十分に高ければ特に限定されるものではない。
【００８０】
尚、図２に係る本願発明の効果を確認するため温度分布シミュレーション計算を行ったところ、熱光学素子１１の主面（光信号３０の通過する面）に対して約１ｍｍ×１ｍｍの領域で温度分布が０．１％未満の領域が得られることが解った。光信号３０のビーム径は２００〜６００μｍ程度であるため、ビームアライメントの精度の緩和も含め十分広い領域で温度分布の殆ど無い領域が得られた。これに対して前述の特許文献４の図１および図２の構造についても比較のための温度分布シミュレーション計算を行ったところ、ビーム径を基準とした寸法で本願のような広い範囲で均一な温度分布の領域は得られなかった。
【００８１】
当該実施形態を構成する材質については、「放熱部１４の熱抵抗≪熱光学素子１１の熱抵抗≦温度緩衝部１３の熱抵抗」の関係を満たすものであれば特に制限するものではない。ここで記号「ａ≪ｂ」は、ａがｂに比べて十分に小さいことを意味しているが、ａがｂに比べて十分に小さいとは、ここでは、ａがｂの１／５以下であればよい。温度緩衝部１３には、例えば、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム等のセラミックスや、石英ガラス（シリカ）、硼珪酸ガラス等のガラス、またはガラスエポキシ等の樹脂を用いるのが良い。放熱部１４には、例えば、銅、アルミ、ステンレス鋼、銅タングステン、コバール等の金属または合金を用いるのが良い。さらに、温度緩衝部１３と温度変化部１２を、例えば、酸化アルミニウムの温度緩衝部１３の表面に、温度変化部１２としての薄膜抵抗を形成することで、安価で小型に実現することができる。
【００８２】
当該実施形態に係る光学位相調整素子１が搭載されるモジュールケース内の雰囲気気体は、窒素以外の気体、例えばアルゴンを主成分とする気体でも良い。温度変化部１２と熱光学素子１１の接着については、絶縁性接着剤ではなく、温度変化部１２の表面上に絶縁体による薄い層を形成し、その上に導電性接着剤を用いて熱光学素子を接着しても良い。
【００８３】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る光学位相調整素子１の構成は、第１の実施形態に係る光学位相調整素子１の構成と基本的に同じである。当該実施形態に係る光学位相調整素子１の熱光学素子１１が真空中に配置される点が、第１の実施形態と主に異なっている。すなわち、熱光学素子１１は、真空に包囲されており、熱光学素子１１の６面のうち、温度変化部１２と接している底面以外の５面は、真空と接している。すなわち、熱光学素子１１の表面のうち、温度変化部１２と接している領域以外は、真空によって包囲されている。ここで、真空とは、例えば、真空度１００００Ｐａ以下の状態をいい、さらに、真空度１０００Ｐａ以下であるのが望ましい。
【００８４】
一般に、絶対温度Ｔｏの表面積Ｓの黒体が、熱放射Ｐによって放出する熱量は、まわりの壁面が十分に遠くかつ十分に大きい場合には、まわりの壁面の絶対温度をＴａとすると、以下の数式１３で表される。
【００８５】
【数１３】
【００８６】
ここで、σはシュテファン＝ボルツマン定数であり、σ＝５．６７×１０−８Ｗ／（ｍ２Ｋ４）である。熱光学素子１１の真空に包囲される表面の面積をＳ、熱光学素子１１の絶対温度をＴｏとして、議論を簡単にするために熱光学素子１１を黒体だと近似すると、熱光学素子１１が熱放射Ｐによって放出する熱量は、数式１３で表すことが出来る。ここで、一般には、ＴｏとＴａとの差はＴｏに比べて十分に小さいので、数式１３は、Ｐ〜５．６７×１０−８×４ＳＴｏ３（Ｔｏ−Ｔａ）で近似出来るので、以下の数式１４で表す
ことが出来る。
【００８７】
【数１４】
【００８８】
数式１４を、第１の実施形態で求めた数式６に代入することにより、屈折率分布比δは、以下の数式１５に表すことが出来る。
【００８９】
【数１５】
【００９０】
数式１５より、光学位相調整素子１の屈折率分布比δが素子として要求される所望の値以下となるように、所望の値のδに対して、Ｒ１×Ｓ×Ｔｏ３が４００００００×δより小さくなるように、光学位相調整素子１を作製すればよい。第１の実施形態と同様に、光信号３０ビーム径において要求される屈折率分布から換算して、上記屈折率分布比δの所望の値を算出すればよい。
【００９１】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る復調器２は、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る光学位相調整素子１を備える復調器である。当該実施形態に係る復調器は、ＤＰＳＫやＤＱＰＳＫの位相変調方式に用いられている。
【００９２】
図４は、当該実施形態に係る復調器２の構成を示すブロック図である。図の左側より光信号が入力され、光信号が光分岐部１５にて、２つの光信号に分岐される。分岐された２つの光信号は、それぞれ図に示す上下２つの光路を進行する。ここで、上側の光路を進行する光信号を一方の光信号、下側の光路を進行する光信号を他方の光信号とする。上側の光路には、光遅延部１６が備えられており、光遅延部１６は一方の光信号に１ビット相当分の遅延時間を付与する。２つの光路の終端に、光合成部１７が備えられており、光合成部１７は、遅延時間が付与された一方の光信号と、他方の光信号とを、合成して干渉させることにより、強度変調信号に変換する。復調器２のうち、光分岐部１５から光合成部１７までを遅延干渉計と呼んでもよい。遅延干渉計において位相情報から強度情報に変換された光信号は、光電変換素子１８において電気信号に変換され、さらに、増幅器１９にて電気信号が増幅される。増幅された電気信号が図中右側へ出力され、外部の信号識別器（図示せず）に入力される。ここで、当該実施形態に係る復調器２とは、遅延干渉計から増幅器１９までを指すとするが、信号識別器まで含める場合も、また、遅延干渉計のみを指す場合もある。
【００９３】
光信号を高精度に復調するために、遅延干渉計において、光遅延部１６が一方の光信号に付与する遅延時間を正確に設定する必要があり、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る光学位相調整素子１が光遅延部１６に備えられている。光学位相調整素子１が、付与する遅延時間を高精度に調整する。なお、図４に示す復調器２には、上側の光路にのみ、光学位相調整素子１が備えられているが、より高精度の調整をするために、上下２つの光路それぞれに光学位相調整素子１が備えられてもよい。
【００９４】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る復調器２は、第３の実施形態と同様に、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る光学位相調整素子１を備える復調器であるが、ここで、当該復調器に備えられる遅延干渉計は、マッハ＝ツェンダー干渉計と呼ばれる干渉計である。
【００９５】
図５は、当該実施形態に係る復調器２の構成を示すブロック図である。図５には、当該復調器２のうち、遅延干渉計となる構成が示されている。当該実施形態に係る復調器２の遅延干渉計は、光分岐部１５と、光合成部１７と、２個の光学位相調整素子１と、２つの鏡３２とを備えている。光分岐部１５は分光鏡（ハーフミラー）である鏡３１からなり、光分岐部１５において、図の左側から入力される光信号が、２つの光信号に分岐される。分岐された２つの光信号は、それぞれ図に示す上下２つの光路を進行する。上側の光路には、ともに反射率の高い鏡である２つの鏡３２と、その間に配置される光学位相調整素子１とが、配置されている。上側の光路を進行する一方の光信号は、１番目の鏡３２で反射し、光学位相調整素子１を透過した後、２番目の鏡３２で再び反射し、光合成部１７へ進行する。下側の光路には、光学位相調整素子１が配置されており、下側の光路を進行する他方の光信号は、光学位相調整素子１を透過した後、光合成部１７へ進行する。光合成部１７は分光鏡（ハーフミラー）である鏡３１からなり、光合成部１７において、２つの光信号が合成される。
【００９６】
図５に示す遅延干渉計において、光分岐部１５にて光信号が分岐されてから、光合成部１７にて合成されるまでの２つの光路の光路差が、正確に１ビット分の遅延時間に対応していなければならない。また、さらに復調する位相情報に合わせて、波長よりも短い精度（すなわち、高精度）で２つの光路の光路差を調整する必要がある。当該実施形態に係る復調器２において、２つの光路それぞれに、第１の実施形態又は第２の実施形態のいずれかの光学位相調整素子１を配置することにより、組立時の位置関係のずれや温度や機械的圧力による変形、また光入力信号の波長の変化にも対応できる光位相変調信号を高精度で復調する復調器が実現される。なお、前述の通り、当該復調器２に備えられる光学位相調整素子１は、２つの光路それぞれに配置される場合に限定されることはなく、いずれか一方の光路にのみ配置されていてもよいし、１つの光路に光学位相調整素子１が複数配置されてもよい。求められる精度に応じて選択すればよい。
【００９７】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る復調器２は、第４の実施形態と同様に、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る光学位相調整素子１を備える復調器であるが、ここで、当該復調器２に備えられる遅延干渉計は、マイケルソン干渉計と呼ばれる干渉計である。
【００９８】
図６は、当該実施形態に係る復調器２の構成を示すブロック図である。図６には、当該復調器２のうち、遅延干渉計となる構成が示されている。当該実施形態に係る復調器２の遅延干渉計は、光分岐合成部２０と、２個の光学位相調整素子１と、ともに反射率の高い鏡である２つの鏡３２とを備えている。光分岐合成部２０は分光鏡である鏡３１からなり、光分岐合成部２０において、図の左側から入力される光信号が、２つの光信号に分岐される。分岐された２つの光信号のうち、一方の光信号は上側の光路を、他方の光信号は右側の光路を、それぞれ進行する。上側の光路には、鏡３２と、光分岐合成部２０と鏡３２の間に配置される光学位相調整素子１とが、配置されている。上側の進行する一方の光信号は、光学位相調整素子１を透過した後、鏡３２で反射され、再び光学位相調整素子１を透過した後、光分岐合成部２０へ進行する。右側の光路には、同様に、鏡３２と、光分岐合成部２０と鏡３２の間に配置される光学位相調整素子１とが、配置されている。光分岐合成部２０で再び、２つの光信号が合成される。
【００９９】
当該実施形態に係る復調器２において、２つの光路それぞれに、第１の実施形態又は第２の実施形態のいずれかの光学位相調整素子１を配置することにより、第４の実施形態と同様に、組立時の位置関係のずれや温度や機械的圧力による変形、また光入力信号の波長の変化にも対応できる光位相変調信号を高精度で復調する復調器が実現される。なお、前述の通り、当該復調器に備えられる光学位相調整素子１は、２つの光路それぞれに配置される場合に限定されることはないのは、第４の実施形態と同様である。
【０１００】
以上、本発明に係る光学位相調整素子、及びこれを用いた復調器について説明した。光学位相調整素子は、復調器に備えられる場合に限らず、熱光学効果を用いる光学位相調整素子に、広く本発明を適用することが出来る。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 光学位相調整素子、１１ 熱光学素子、１２ 温度変化部、１３
温度緩衝部、１４ 放熱部、１５ 光分岐部、１６ 光遅延部、１７
光合成部、１８ 光電変換素子、１９ 増幅器、２０ 光分岐合成部、２１，２３
等価回路モデル、３０ 光信号、３１，３２ 鏡、１０１ 光学位相調整素子、１１１
熱光学素子、１１２ 温度変化部、１１３ 温度緩衝部、１１４ 放熱部、１２１，１２３
等価回路モデル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱光学効果により透過光の光路長を変化させる光学位相調整素子、及びこれを用いた光位相変調信号の復調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光伝送システムの大容量化及び長距離化の要望に応えるものとして、位相変調方式が実用化されている。例えば、差動位相偏移変調（Differential Phase Shift Keying：以下、ＤＰＳＫと記す）や差動４相位相偏移変調（Differential Quadrature Phase Shift Keying：以下、ＤＱＰＳＫと記す）等の位相変調方式では、伝送された光信号を受信する際、１ビット前の光信号と光学的に干渉させて位相情報を強度情報に変換して復調を行う。
【０００３】
光干渉計に係る技術について、特許文献１に開示されている。特許文献１の図１に示す通り、光送信器によって送出された光信号が、光干渉計において、光路長の異なる２つの光路に分岐入力され、分岐された光信号が再び合波され、光路の有効光路差により光信号が干渉されることにより、強度変調信号に変換される。さらに、受光器が光干渉計により変換された強度変調信号を電気信号に変換し、増幅器が受光器により変換された電気信号を増幅し、信号処理部が増幅器により増幅された電気信号からデータ信号を抽出している。光信号を高精度に復調する為には、光干渉計において分岐された一方の光信号に対して付与される遅延時間を正確に設定する必要があり、特許文献１の図２に示す通り、光干渉計の位相調整部が光路長を調整している。
【０００４】
光路長を調整する手段としては、電気光学効果、磁気光学効果、光弾性効果、熱光学効果等の物理光学現象を用いる方法や、機械的に光学素子を動かす方法が一般に知られている。
【０００５】
従来において、光干渉計は、平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：以下、ＰＬＣと記す）で構成されることが多い。しかし、ＰＬＣには、光導波路特性が温度や機械的圧力に対して敏感に変動するという特徴があり、光導波路特性を安定に保つ為にコストの増大及びサイズの大型化を招くという問題がある。分波波長特性が温度に依存して変化する石英アレイ導波路素子などの導波路素子と、導波路素子を載置する温調素子とを備える導波路型光モジュールについて、特許文献２に記載されている。特許文献２に記載の温調素子は、導波路素子を載置する面と反対側の表面又は内部に発熱体などを備える板状体からなっている。そして、温調素子と、温調素子を支持する台座（外部）との物理的に接触する面積を小さくしつつ、温調素子と台座との間に断熱材を介在させることなどにより、熱が温調素子（板状体）から台座へ向かう熱の伝搬が軽減され、板面の熱均一性が確保される。
【０００６】
これに対して、自由空間（又は媒体）を伝送路とした光学系（以下、自由空間光学系と記す）を用いた遅延干渉計について、例えば、特許文献３に記載されている。特許文献３に記載の遅延干渉計では、分岐された２つの光路に２つのプリズムをそれぞれ配置し、一方のプリズムを移動させることにより、光波路長を変動させている。
【０００７】
また、自由空間光学系において熱光学効果を用いた光学位相調整板が、特許文献４に開示されている。特許文献４に記載の光学位相調整板では、熱光学効果により透過光に対する屈折率を変化させることができる光学基板がパッケージの底部に形成された取り付け部に取り付けられ、光学基板の表面のうち取り付け部側とは反対側の表面に薄膜ヒータが形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２１８９１号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７６３２号公報
【特許文献３】国際公開第２０１０−１０９６４０号
【特許文献４】特開２００９−３００５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
熱光学効果は他の物理光学現象と比較して偏光依存性が小さいため、熱光学効果を用いた光学位相調整素子が望まれる。また、熱光学効果を用いた光学位相調整素子においては、熱のみで位相を調整することができ、機械的に光学素子を移動させる機構などが必要ないので、干渉計の小型化が期待できる。しかし、自由空間光学系において、熱光学効果を利用して、光学位相調整を行う場合、素子の内部に温度分布が生じてしまうと、その温度分布に応じて素子の内部に屈折率分布が生じてしまい、屈折率分布に応じて光学収差が発生してしまう。光学収差が発生すると、干渉計において干渉性が悪化するので、光学位相調整素子の特性が劣化してしまう。
【００１０】
例えば、特許文献４に記載の技術を適用した場合、熱源である薄膜ヒータと放熱部であるパッケージの取り付け部との間に、熱光学素子を配置することとなり、熱光学素子において、熱源や放熱部から離れるにつれて、温度分布が生じてしまう。それにより、熱光学素子を透過する光信号の領域に生じる温度分布により、素子の特性が劣化してしまう。また、例えば、特許文献２に記載の技術を自由空間光学系に適用することは困難な上に、熱光学素子と熱源との接触する面積を小さくすると、温度変化に対する応答が遅くなり、実用的な位相調整に適さなくなるという新たな問題が生じてしまう。
【００１１】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱光学素子における温度分布を抑制し、光学収差が低減される光学位相調整素子、及びそれを用いた復調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記課題を解決するために、本発明に係る光学位相調整素子は、入力される光信号に対する屈折率が温度に依存して変化する熱光学素子と、前記熱光学素子の一端側に接するとともに前記熱光学素子が所望の温度となるよう温度変化する温度変化部と、前記温度変化部に対して前記熱光学素子と反対側に配置されるとともに前記温度変化部の温度とは異なる温度で熱平衡状態となる放熱部と、前記温度変化部と前記放熱部の間にそれぞれ接して配置されるとともに前記放熱部より大きい熱抵抗を有する温度緩衝部と、を備える。
【００１３】
（２）上記（１）に記載の光学位相調整素子であって、前記熱光学素子は、周囲気体によって包囲され、前記熱光学素子の熱抵抗Ｒ１と、前記熱光学素子が前記周囲気体に包囲される表面の面積Ｓと、前記周囲気体の熱伝達率ｈと、の積であるＲ１×Ｓ×ｈが、前記熱光学素子の所望の屈折率分布比δより小さくてもよい。
【００１４】
（３）上記（２）に記載の光学位相調整素子であって、前記周囲気体は、窒素を主成分とする気体であってもよい。
【００１５】
（４）上記（１）に記載の光学位相調整素子であって、前記熱光学素子は、真空によって包囲され、前記熱光学素子の熱抵抗Ｒ１と、前記熱光学素子が前記真空に包囲される表面の面積Ｓと、前記熱光学素子の絶対温度Ｔｏの３乗と、の積であるＲ１×Ｓ×Ｔｏ３が、前記熱光学素子の所望の屈折率分布比δと定数４００００００と、の積である４００００００×δより小さくてもよい。
【００１６】
（５）上記（１）に記載の光学位相調整素子であって、前記温度緩衝部の熱容量Ｃ２と前記温度緩衝部の熱抵抗Ｒ２との積であるＣ２×Ｒ２が、前記熱光学素子の熱容量Ｃ１と前記熱光学素子の熱抵抗Ｒ１との積であるＣ１×Ｒ１の０．５倍以上２倍以下であってもよい。
【００１７】
（６）上記（１）に記載の光学位相調整素子であって、前記熱光学素子は、前記入力される光信号が通過する領域において、互いに平行な１対の面を有し、該１対の面は、前記熱光学素子が前記温度変化部と接する面に対してほぼ垂直であってもよい。
【００１８】
（７）上記（１）に記載の光学位相調整素子であって、前記熱光学素子が前記温度変化部と接する面の周縁を、前記温度変化部が囲っていてもよい。
【００１９】
（８）上記（１）に記載の光学位相調整素子であって、前記温度変化部は、前記温度緩衝部上に形成される薄膜抵抗体であり、前記熱光学素子は、絶縁性の接着剤を用いて接着されることにより、前記温度変化部と接してもよい。
【００２０】
（９）上記（１）に記載の光学位相調整素子であって、前記熱光学素子は、シリコンを主成分として含んでいてもよい。
【００２１】
（１０）本発明に係る復調器は、上記（１）乃至（９）のいずれかに記載の光学位相調整素子を、１又は複数備えていてもよい。
【００２２】
（１１）上記（１０）に記載の復調器であって、前記１又は複数の光学位相調整素子それぞれは、前記入力された光信号が２つの光信号に分岐され、該２つの光信号のいずれかの位相を調整してもよい。
【００２３】
（１２）上記（１０）に記載の復調器であって、マッハ＝ツェンダー干渉計を、さらに備え、前記１又は複数の光学位相調整素子は、該マッハ＝ツェンダー干渉計に配置されてもよい。
【００２４】
（１３）上記（１０）に記載の復調器であって、マイケルソン干渉計を、さらに備え、前記１又は複数の光学位相調整素子は、該マイケルソン干渉計に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、熱光学素子における温度分布を抑制し、光学収差が低減される光学位相調整素子、及びそれを用いた復調器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学位相調整素子の構造を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光学位相調整素子に生じる熱流と温度分布を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光学位相調整素子の等価回路を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る復調器の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る復調器の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る復調器の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の比較例に係る光学位相調整素子の構造を示す概略斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の比較例に係る光学位相調整素子に生じる熱流と温度分布を示す模式図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の比較例に係る光学位相調整素子の等価回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
あくまで、当該実施形態の実施例を説明するものであって、図に示す縮尺と実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。
【００２８】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学位相調整素子１の構造を示す概略斜視図である。図に示す通り、光学位相調整素子１は、熱光学素子１１と、温度変化部１２と、温度緩衝部１３と、放熱部１４と、を備えている。
【００２９】
温度変化部１２は薄膜抵抗体からなり、温度緩衝部１３上に薄膜抵抗パタンを形成することにより、温度変化部１２が形成される。薄膜抵抗体に流れる電流量に応じて、温度変化部１２は熱を発生する。
【００３０】
熱光学素子１１はシリコン基板からなり、熱光学素子１１は板状の直方体の形状をしている。ここで、熱光学素子１１は、板状に広がる互いに平行な前面と背面とを有しており、外部より入力される光信号３０が、前面より入射して熱光学素子１１を透過し背面より出射する。熱光学素子１１は温度によって光信号３０に対する屈折率が変化する特性を有しており、すなわち、屈折率が温度に依存して変化する。熱光学素子１１はさらに底面を有しており、絶縁性の接着剤を用いて、温度変化部１２に熱光学素子１１の底面が接している。ここで、熱光学素子１１の一端側とは熱光学素子１１の底面となっている。また、熱光学素子１１の底面の周縁は、温度変化部１２に囲われており、温度変化部１２を形成する薄膜抵抗体の面積は、熱光学素子１１の底面の面積より大きい。熱光学素子１１は、底面と反対側に位置する上面と、前面と背面の左右にそれぞれ位置する右側面と左側面と、をさらに有している。熱光学素子１１は、窒素を主成分とする周囲気体に包囲されており、熱光学素子１１の６面のうち、温度変化部１２と接している底面以外の５面は、周囲気体と接している。すなわち、熱光学素子１１の表面のうち、温度変化部１２と接している領域以外は、周囲気体によって包囲されている。
【００３１】
温度緩衝部１３の下側には、放熱部１４が配置されている。すなわち、放熱部１４は、温度変化部１２に対して、熱光学素子１１と反対側に配置されており、温度緩衝部１３は温度変化部１２と放熱部１４との間に配置され、温度緩衝部１３の上側は温度変化部１２と、温度緩衝部１３の下側は放熱部１４と、それぞれ接している。温度緩衝部１３の熱抵抗は、放熱部１４の熱抵抗より大きい。
【００３２】
熱光学素子１１が所望の温度となるよう、温度変化部１２は温度変化する。ここでは、温度変化部１２に流れる電流量が制御され、温度変化部１２は電流量に応じて熱を発生する。温度変化部１２で生じた熱は、上側へは熱光学素子１１に伝導し、下側へは温度緩衝部１３に伝導する。熱光学素子１１に流入した熱は、周囲気体への熱伝達や熱輻射によって周囲気体へ流出する。温度緩衝部１３に流入した熱はさらに放熱部１４に放熱される。これらの熱量が安定に落ち着いたところで、温度が平衡状態になる。
【００３３】
当該実施形態に係る光学位相調整素子１の特徴は、熱光学素子１１における温度分布が抑制されている点にあり、熱光学素子１１の上端と下端との間に生じる温度差が低減されている。温度差は、簡単なモデルによると熱流量と熱抵抗の積によって表されるので、熱抵抗を持つ物質であればどのような形状であっても必ず熱流量に比例する温度差が生じる。また、熱光学素子１１は、温度に依存して光信号３０に対する屈折率が変化するものであるので、所望の屈折率変化を得るためには、温度変化部１２が相応の温度変化をして熱を発生するので、熱流量は大きくなってしまう。
【００３４】
以下に、公知例とはなっていないが本願発明に先立ち本願発明者らによって検討された本願発明に対する比較例を、図７乃至図９に示す。
【００３５】
当該実施形態に係る光学位相調整素子１の効果を明らかにするために、当該実施形態の比較例に係る光学位相調整素子１０１と比較する。図７は、当該実施形態の比較例に係る光学位相調整素子１０１の構造を示す概略斜視図である。当該実施形態に係る光学位相調整素子１と同様に、光学位相調整素子１０１は、熱光学素子１１１と、温度変化部１１２と、温度緩衝部１１３と、放熱部１１４と、を備えているが、配置が当該実施形態に係る光学位相調整素子１と異なっている。とくに、温度変化部１１２が熱光学素子１１１の上面に形成されており、熱光学素子１１１が温度緩衝部１１３の上に接して配置されている。それゆえ、温度変化部１１２で生じた熱の一部は周囲気体へ流出するものの、温度変化部１１２で生じた熱の多くは、熱光学素子１１１に伝導し、さらに、温度緩衝部１１３、放熱部１１４へと伝導していく。
【００３６】
図８は、当該実施形態の比較例に係る光学位相調整素子１０１に生じる熱流と温度分布を示す模式図である。温度変化部１１２が所望の熱量の熱を発生しており、光学位相調整素子１０１が熱平衡状態に達している状態が図には示されている。図８（ａ）に、光学位相調整素子１０１に生じる熱流が示されている。前述の通り、上部に位置する温度変化部１１２で生じた熱は、熱光学素子１１１に伝導し、さらに、温度緩衝部１１３、放熱部１１４へと下向きに伝導しており、矢印の向きは熱流の向きを示し、矢印の太さが熱流量の大きさを示している。図８（ｂ）に、光学位相調整素子１０１に生じる温度分布が示されており、図の縦軸は高さｙを、図の横軸は高さｙにおける温度Ｔが示されている。前述の通り、熱流量に比例して温度差が生じるので、光学位相調整素子１０１にはその高さに応じて、図８（ｂ）に示す温度勾配が生じている。温度緩衝部１１３の熱抵抗が最も大きく、温度緩衝部１１３に生じる温度勾配が最も大きい。熱光学素子１１１の熱抵抗は、温度緩衝部１１３の熱抵抗より小さいものの、熱光学素子１１１にも温度勾配が生じている。ここで、熱光学素子１１１の上端と下端との間に生じる温度差が、ΔＴとして図に示されている。また、放熱部１１４の熱抵抗は、熱光学素子１１１の熱抵抗や温度緩衝部１１３の熱抵抗と比較して十分に小さいので、放熱部１１４における温度勾配は非常に小さい。
【００３７】
図２は、当該実施形態に係る光学位相調整素子１に生じる熱流と温度分布を示す模式図である。温度変化部１２が所望の熱量の熱を発生しており、光学位相調整素子１が熱平衡状態に達している状態が図には示されている。図２（ａ）に、光学位相調整素子１に生じる熱流が示されている。前述の通り、熱光学素子１１と温度緩衝部１３との間に位置する温度変化部１２で生じた熱は、上側へは熱光学素子１１に伝導し、下側へは温度緩衝部１３、放熱部１４に伝導する。図８（ａ）と同様に、矢印の向きは熱流の向きを示し、矢印の太さが熱流量の大きさを示しているが、熱平衡状態において、温度変化部１２から熱光学素子１１へ流れる熱流量は、温度変化部１２から温度緩衝部１３、放熱部１４へ流れる熱流量と比較して、十分に小さいので、温度変化部１２から熱光学素子１１へ流れる熱流は、図には、破線の矢印で示されている。図２（ｂ）に、光学位相調整素子１に生じる温度分布が示されており、図の縦軸は高さｙを、図の横軸は高さｙにおける温度Ｔが示されている。前述の通り、熱流量に比例して温度差が生じるので、光学位相調整素子１にはその高さに応じて、図２（ｂ）に示す温度勾配が生じている。しかし、熱平衡状態において、図８（ｂ）と同様に、温度緩衝部１３の熱抵抗が最も大きく、温度緩衝部１３に生じる温度勾配が最も大きい。しかし、比較例に係る光学位相調整素子１０１と異なり、熱光学素子１１へ流れる熱流量は、温度緩衝部１３へ流れる熱流量と比較して十分に小さいので、熱平衡状態において、熱光学素子１１に生じる温度勾配は非常に小さい。すなわち、熱光学素子１１の上端と下端との間に生じる温度差は非常に小さい。また、放熱部１４の熱抵抗は、熱光学素子１１の熱抵抗や温度緩衝部１３の熱抵抗と比較して十分に小さく、放熱部１４における温度勾配は非常に小さく、温度変化部１２の温度とは異なる温度で、ここでは、より低い温度で、熱平衡状態となっている。放熱部１４における温度勾配は非常に小さいので、放熱部１４は温度一定とみなすことが出来る。
【００３８】
一般に、熱光学素子の温度差については、熱平衡状態となっている熱光学素子の平均温度Ｔに対して熱光学素子に温度差ΔＴがある場合、熱光学素子にΔＴ／Ｔ＝δとなる屈折率分布比δが生じる。ここで、平均温度Ｔとは、熱光学素子の上端の温度と下端の温度の平均をいい、温度差ΔＴとは、熱光学素子の上端の温度と下端の温度の差をいう。さらに、屈折率分布比δとは、熱光学素子の平均屈折率に対する屈折率分布の比である。ここで、平均屈折率とは、熱光学素子の上端における屈折率と下端における屈折率との平均をいい、屈折率分布とは、熱光学素子の上端の屈折率と下端の屈折率の差をいう。
【００３９】
なお、ここで温度とは、例えば室温といった基準となる温度（以下、基準温度と記す）に対する温度である。すなわち、温度とは、基準温度からの温度変化である。よって、平均温度Ｔとは、熱光学素子の上端における基準温度からの温度変化と、下端における基準温度からの温度変化と、の平均をいう。同様に、ここで屈折率とは、例えば室温における屈折率といった基準となる屈折率（以下、基準屈折率と記す）に対する屈折率である。すなわち、屈折率とは、基準屈折率からの屈折率変化である。よって、平均屈折率とは、熱光学素子の上端における基準屈折率からの屈折率変化と、下端における基準屈折率からの屈折率変化と、の平均をいう。よって、平均屈折率とは、基準屈折率に対する屈折率変化の平均で定義される。同様に、屈折率変化比δは、基準屈折率に対する屈折率変化の平均に対する、屈折率分布の、比で定義されるとしてもよい。
【００４０】
屈折率分布比δが生じるとき、例えば、位相調整量として１波長分を変化させる場合、波長をλとしてδ×λの光学収差に相当する。光学収差については、この熱光学素子を通過して位相調整された光信号を別の光信号と干渉させる場合に良好な干渉性を得るために、位相ずれが０．０１λ未満であることが望ましい。すなわち、屈折率分布比δに対応して、熱光学素子の温度差ΔＴが０．０１Ｔ未満であるのが望ましい。
【００４１】
以下、当該実施形態に係る光学位相調整素子１の効果について、温度差に加えて、温度変化効率及び応答速度まで考慮してより詳細に説明する。ここで、光学位相調整素子１を構成する各部の温度に対する物性は熱容量と熱抵抗で表され、熱流を電流に置き換え、温度変化部１２を電流源に置き換えると、電気回路と等価とするモデルを適用することが出来る。
【００４２】
図９は、当該実施形態の比較例に係る光学位相調整素子１０１の等価回路を示す図である。ここで、温度変化部１１２の発熱量をＱ、熱光学素子１１１の熱容量をＣ１、熱光学素子１１１の熱抵抗をＲ１、温度緩衝部１１３の熱容量をＣ２、温度緩衝部１１３の熱抵抗をＲ２、温度変化部１１２及び熱光学素子１１１の上端の温度をＴ３、熱光学素子１１１と温度緩衝部１１３の接触部の温度をＴ４とする。図９に示す光学位相調整素子１０１の等価回路において、熱光学素子１１１の等価回路モデル１２１は、抵抗Ｒ１と容量Ｃ１の並列回路で、温度緩衝部１１３の等価回路モデル１２３は、抵抗Ｒ２と容量Ｃ２の並列回路で、表すことが出来る。ここで、電気回路における接地電位（ＧＮＤ）が、基準温度に対応しており、温度Ｔ３，Ｔ４は、基準温度に対する温度変化であり、等価回路となる電気回路においては、接地電位に対する電位（接地電位との電位差）に対応している。
【００４３】
電気回路と等価とするモデルについて解くと、温度Ｔ３，Ｔ４は、以下の数式１に表すことが出来る。
【００４４】
【数１】
【００４５】
このとき、熱光学素子１１１における温度差ΔＴは、以下の数式２に表すことができる。
【００４６】
【数２】
【００４７】
ここで、熱平衡状態において、熱光学素子１１１に対する所望の温度をＴ３＝（Ｒ１＋Ｒ２）×Ｑとすると、温度差ΔＴ＝Ｒ１×Ｑとなるので、その比ΔＴ／Ｔ３は、以下の数式３に表すことが出来る。
【００４８】
【数３】
【００４９】
数式３が示す通り、熱光学素子１１１におけるΔＴ／Ｔ３は、光学位相調整素子１０１全体の熱抵抗に対する熱光学素子１１１の熱抵抗の比で表される。熱光学素子１１１の温度分布を小さくするためには、温度緩衝部１１３の熱抵抗Ｒ２を、熱光学素子１１１の熱抵抗Ｒ１に対して大きくすればよい。この場合、数式１より、温度Ｔ３，Ｔ４の応答時定数は、Ｃ２×Ｒ２が支配的になる。温度緩衝部１１３の熱容量Ｃ２を小さくすれば、応答速度は速くなるが、原理的に熱容量Ｃ２を小さくするには限度があるので、熱光学素子１１１の応答時定数は、熱抵抗Ｒ２を大きくする限りどうしても非常に大きくなり、応答速度は遅くなってしまい、位相調整が非常に遅くなり実用的でなくなる。
【００５０】
図３は、当該実施形態に係る光学位相調整素子１の等価回路を示す図である。ここで、温度変化部１２の発熱量をＱ、熱光学素子１１の熱容量をＣ１、熱光学素子１１の熱抵抗をＲ１、温度緩衝部１３の熱容量をＣ２、温度緩衝部１３の熱抵抗をＲ２、熱光学素子１１の上端の温度をＴ１、温度変化部１２の温度が一定として、熱光学素子１１及び温度緩衝部１３の温度変化部１２との接触部の温度をＴ２とする。図３に示す光学位相調整素子１の等価回路において、図９と同様に、熱光学素子１１の等価回路モデル２１は、抵抗Ｒ１と容量Ｃ１の並列回路で、温度緩衝部１３の等価回路モデル２３は、抵抗Ｒ２と容量Ｃ２の並列回路で、表すことが出来る。また、前述の通り、光学位相調整素子１は、温度変化部１２の配置が、比較例に係る光学位相調整素子１０１と異なっており、図３に示す通り、温度変化部１２に対応する電流源の配置が異なっている。さらに、熱光学素子１１から周囲気体への熱伝達及び熱輻射に対応する熱抵抗をＲ３としている。電気回路と等価とするモデルについて解いて、さらに、熱抵抗Ｒ３が熱抵抗Ｒ１，Ｒ２と比較して十分に大きいので、係る近似を施すことにより、温度Ｔ１，Ｔ２は、以下の数式４に表すことが出来る。
【００５１】
【数４】
【００５２】
このとき、熱光学素子１１における温度差ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１は、以下の数式５に表すことができる。
【００５３】
【数５】
【００５４】
ここで、熱平衡状態において、熱光学素子１１に対する所望の温度をＴ２＝Ｒ２×Ｑとすると、温度差ΔＴ＝（Ｒ１×Ｒ２／Ｒ３）×Ｑとなるので、その比ΔＴ／Ｔ２は、以下の数式６に表すことが出来る。
【００５５】
【数６】
【００５６】
前述の通り、Ｒ３はＲ１より十分に大きいので、熱光学素子１１における温度差ΔＴが非常に小さいことがわかる。そして、熱光学素子１１に対する所望の温度Ｔ２はＲ２×ＱでありＲ２に比例するが、温度緩衝部１３の熱抵抗Ｒ２が大きいことを意味しているので、光学位相調整素子１の温度変化効率は高いことが分かる。
【００５７】
また、数式４及び数式５が示す通り、応答時定数については、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２の２つの成分が出現している。全体の応答は時定数の大きい方に律速されるので、光学位相調整素子１の応答速度は、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２のうち大きい方の応答速度となる。
【００５８】
ここで、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２が同程度の値をとる場合について考える。この場合、数式４及び数式５の各項の係数の分母が０となってしまい不都合が生じてしまう。それゆえ、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２が同程度の値をとる場合について、再計算を行うと、温度Ｔ１，Ｔ２は、以下の数式７に表すことが出来る。
【００５９】
【数７】
【００６０】
ただし、係数α、係数β及び係数Ｋは、以下の数式８で表される。
【００６１】
【数８】
【００６２】
このとき、熱光学素子１１における温度差ΔＴは、以下の数式９に表すことができる。
【００６３】
【数９】
【００６４】
ここで、熱平衡状態において、その比ΔＴ／Ｔ２は、以下の数式１０に表すことが出来る。
【００６５】
【数１０】
【００６６】
前述の通り、Ｒ３はＲ１及びＲ２より十分に大きいので、数式６と同様に、熱光学素子１１における温度差ΔＴが非常に小さいことがわかる。また、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２が同程度の値をとる場合、応答時定数は１／α〜Ｋとなり、振動を伴いながらＫ程度の時定数で熱平衡に至る。よって、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２が同程度の値をとる場合は、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２の値にばらつきがある場合よりも、一般に応答が速くなっているのが分かる。
【００６７】
次に、熱光学素子１１から周囲気体への熱伝達及び熱輻射に対応する熱抵抗Ｒ３について、説明する。周囲気体への熱輻射は、一般に熱伝達よりも十分に小さいので、ここでは、周囲気体への熱伝達のみについて考えればよい。ここで、周囲気体の熱伝達率をｈ、熱光学素子１１の周囲気体に包囲される表面の面積をＳとするとき、熱抵抗Ｒ３は、以下の数式１１に表すことが出来る。
【００６８】
【数１１】
【００６９】
ここで、熱伝達率ｈは、周囲気体の流速に依存するが、一般的には常温常圧の空気で１０Ｗ／（Ｋｍ２）程度である。周囲気体が平均自由工程の大きな気体の場合、熱伝達率ｈは１０倍程度になることもあるが、空気のような窒素を主成分とする気体であれば熱伝達率ｈは上記程度であり、化学反応性やコストの面でも良い。ここで、主成分とは、５０％以上のモル含有量を満たすものであるとする。数式１０に、数式１１とδ＝ΔＴ／Ｔ２を代入して、Ｒ３がＲ１より十分に大きいとの近似を施すことにより、屈折率分布比δは、以下の数式１２に表すことが出来る。
【００７０】
【数１２】
【００７１】
数式１２より、光学位相調整素子１の屈折率分布比δが素子として要求される所望の値以下となるように、Ｒ１×ｈ×Ｓが当該所望の値より小さくなるように、光学位相調整素子１を作製すればよい。光学位相調整素子１にとって問題となる屈折率分布は、熱光学素子１１に入射し出射する光信号３０が通過する領域においてである。上記議論は、屈折率分布比δを、熱光学素子１１の上端と下端に対する屈折率分布比なので、光信号３０が通過する領域（以下、ビーム径と記す）において要求される屈折率分布から換算して、上記屈折率分布比δの所望の値を算出すればよい。
【００７２】
光学位相調整素子１の作製において、熱光学素子１１を通過する光信号３０が大きなビーム径を有しており、大きなビーム径の光信号３０を通過させる制約から、熱光学素子１１の熱容量及び熱抵抗はともに有る程度大きくならざるを得ず、温度緩衝部１３は前述の通り熱抵抗が大きい。また、構造上の制約があり、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２の両方を同時に小さくすることは困難である。したがって、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２とがほぼ等しくなるように各物性値及び形状を決めれば、極端に応答の遅い成分が出なくなり都合が良い結果が得られる。ここで、Ｃ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２の比が２倍程度以下であれば望ましい。すなわち、Ｃ２×Ｒ２が、Ｃ１×Ｒ１の０．５倍以上２倍以下であるのが望ましい。Ｃ１×Ｒ１が、Ｃ２×Ｒ２の０．５倍以上２倍以下であるのが望ましいとしてもよい。
【００７３】
さらに、簡単なモデルを適用すると、熱容量は長さに正比例し断面積に正比例、熱抵抗は長さに正比例し断面積に反比例するので、熱容量と熱抵抗の積は、ほとんど断面積に依存せず、熱流経路の長さのみによって決まる、したがって、当該実施形態に係る光学位相調整素子１においては、応答速度に関して、熱光学素子１１と温度緩衝部１３の断面積は殆ど影響せず、熱光学素子１１と温度緩衝部１３の厚さによって、主に応答速度が決定される。よって、熱光学素子１１と温度緩衝部１３の厚さを調整することにより、上記のＣ１×Ｒ１とＣ２×Ｒ２とがほぼ等しいという条件を簡単に満たすことが可能である。
【００７４】
当該実施形態に係る光学位相調整素子１において、熱光学素子１１は互いに平行な１対の面（前面と背面）を有しており、光信号３０は、該１対の面を通過している。すなわち、光信号３０のビーム径は、該１対の面それぞれ含まれている。このように、熱光学素子１１に光信号３０が通過する領域（ビーム径）は、互いに平行な１対の面となっているのが望ましい。さらに、光信号３０は、該１対の面に垂直に入射し出射するのが望ましい。しかしながら、熱光学素子１１に光信号３０が通過する領域以外は、光学的性能に影響しない限り特に制限されるものではない。
【００７５】
また、当該実施形態に係る光学位相調整素子１において、熱光学素子１１は該１対の面に垂直な面である底面が、温度変化部１２と接している。温度変化部１２と接する面に対して、該１対の面がほぼ垂直であれば、熱光学素子内の熱流がより一定となり、熱光学素子内の温度分布を抑制するためにより望ましい。ここで、ほぼ垂直とは、８５度以上９５度以下をいうが、垂直（９０度）であるのがさらに望ましいのは言うまでもない。
【００７６】
さらに、当該実施形態に係る光学位相調整素子１において、温度緩衝部１３上に薄膜抵抗パタンを形成することによって、薄膜抵抗体からなる温度変化部１２が形成される。薄膜抵抗体は、熱容量及び熱抵抗が小さいので望ましいが、これに限定されることはない。他の発熱体であってもよいし、温度変化部１２は発熱体のみならず、吸熱体であってもよい。吸熱機能を持つ素子は、例えばペルチェ素子である。
【００７７】
また、熱光学素子１１に発生する温度分布を抑制する観点から、熱光学素子１１が温度変化部１２と接する面に対して、温度変化部１２を十分に大きくするのが望ましい。とくに、温度変化部１２が薄膜抵抗体である場合は、薄膜抵抗体の面積が十分に大きいのが望ましい。とくに、熱光学素子１１が温度変化部１２と接する面の周縁、すなわち、熱光学素子１１の底面の周縁を、温度変化部１２が囲っているのが望ましい。熱光学素子１１に発生する温度分布はさらに抑制されることとなる。
【００７８】
ここでは、熱光学素子１１が、絶縁性の接着剤を用いて温度変化部１２に接着されることにより、熱光学素子１１は温度変化部１２に接しているが、組立工程を簡単とすることが出来るので望ましい。さらに、温度変化部１２が薄膜抵抗体であり、薄膜抵抗体の面積が十分に大きいとき、接着許容範囲はさらに広がるので組立工程はさらに簡単となる。
【００７９】
さらに、ここでは、熱光学素子１１はシリコン基板からなるとしている。シリコン基板は、アモルファス（非晶質）シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンのいずれであってもよいし、熱光学素子１１はシリコンを主成分とする材料で形成されていてもよい。一般低な光学ガラスは、１．０×１０−６から１．０×１０−５程度の熱光学係数を持つが、シリコンは１．０×１０−４程度の高い熱光学係数を有しているので、熱光学素子の材料として、シリコンは望ましい。熱光学素子１１にシリコンを用いることにより、温度分布を抑制し、また、一般的な光学媒質に比べて、熱伝導度が高いので、本発明の効果はさらに高まる。しかしながら、熱光学素子１１の材質は、温度に依存して屈折率が変化し、光信号３０に対する透過率が十分に高ければ特に限定されるものではない。
【００８０】
尚、図２に係る本願発明の効果を確認するため温度分布シミュレーション計算を行ったところ、熱光学素子１１の主面（光信号３０の通過する面）に対して約１ｍｍ×１ｍｍの領域で温度分布が０．１％未満の領域が得られることが解った。光信号３０のビーム径は２００〜６００μｍ程度であるため、ビームアライメントの精度の緩和も含め十分広い領域で温度分布の殆ど無い領域が得られた。これに対して前述の特許文献４の図１および図２の構造についても比較のための温度分布シミュレーション計算を行ったところ、ビーム径を基準とした寸法で本願のような広い範囲で均一な温度分布の領域は得られなかった。
【００８１】
当該実施形態を構成する材質については、「放熱部１４の熱抵抗≪熱光学素子１１の熱抵抗≦温度緩衝部１３の熱抵抗」の関係を満たすものであれば特に制限するものではない。ここで記号「ａ≪ｂ」は、ａがｂに比べて十分に小さいことを意味しているが、ａがｂに比べて十分に小さいとは、ここでは、ａがｂの１／５以下であればよい。温度緩衝部１３には、例えば、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム等のセラミックスや、石英ガラス（シリカ）、硼珪酸ガラス等のガラス、またはガラスエポキシ等の樹脂を用いるのが良い。放熱部１４には、例えば、銅、アルミ、ステンレス鋼、銅タングステン、コバール等の金属または合金を用いるのが良い。さらに、温度緩衝部１３と温度変化部１２を、例えば、酸化アルミニウムの温度緩衝部１３の表面に、温度変化部１２としての薄膜抵抗を形成することで、安価で小型に実現することができる。
【００８２】
当該実施形態に係る光学位相調整素子１が搭載されるモジュールケース内の雰囲気気体は、窒素以外の気体、例えばアルゴンを主成分とする気体でも良い。温度変化部１２と熱光学素子１１の接着については、絶縁性接着剤ではなく、温度変化部１２の表面上に絶縁体による薄い層を形成し、その上に導電性接着剤を用いて熱光学素子を接着しても良い。
【００８３】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る光学位相調整素子１の構成は、第１の実施形態に係る光学位相調整素子１の構成と基本的に同じである。当該実施形態に係る光学位相調整素子１の熱光学素子１１が真空中に配置される点が、第１の実施形態と主に異なっている。すなわち、熱光学素子１１は、真空に包囲されており、熱光学素子１１の６面のうち、温度変化部１２と接している底面以外の５面は、真空と接している。すなわち、熱光学素子１１の表面のうち、温度変化部１２と接している領域以外は、真空によって包囲されている。ここで、真空とは、例えば、真空度１００００Ｐａ以下の状態をいい、さらに、真空度１０００Ｐａ以下であるのが望ましい。
【００８４】
一般に、絶対温度Ｔｏの表面積Ｓの黒体が、熱放射Ｐによって放出する熱量は、まわりの壁面が十分に遠くかつ十分に大きい場合には、まわりの壁面の絶対温度をＴａとすると、以下の数式１３で表される。
【００８５】
【数１３】
【００８６】
ここで、σはシュテファン＝ボルツマン定数であり、σ＝５．６７×１０−８Ｗ／（ｍ２Ｋ４）である。熱光学素子１１の真空に包囲される表面の面積をＳ、熱光学素子１１の絶対温度をＴｏとして、議論を簡単にするために熱光学素子１１を黒体だと近似すると、熱光学素子１１が熱放射Ｐによって放出する熱量は、数式１３で表すことが出来る。ここで、一般には、ＴｏとＴａとの差はＴｏに比べて十分に小さいので、数式１３は、Ｐ〜５．６７×１０−８×４ＳＴｏ３（Ｔｏ−Ｔａ）で近似出来るので、以下の数式１４で表す
ことが出来る。
【００８７】
【数１４】
【００８８】
数式１４を、第１の実施形態で求めた数式６に代入することにより、屈折率分布比δは、以下の数式１５に表すことが出来る。
【００８９】
【数１５】
【００９０】
数式１５より、光学位相調整素子１の屈折率分布比δが素子として要求される所望の値以下となるように、所望の値のδに対して、Ｒ１×Ｓ×Ｔｏ３が４００００００×δより小さくなるように、光学位相調整素子１を作製すればよい。第１の実施形態と同様に、光信号３０ビーム径において要求される屈折率分布から換算して、上記屈折率分布比δの所望の値を算出すればよい。
【００９１】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る復調器２は、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る光学位相調整素子１を備える復調器である。当該実施形態に係る復調器は、ＤＰＳＫやＤＱＰＳＫの位相変調方式に用いられている。
【００９２】
図４は、当該実施形態に係る復調器２の構成を示すブロック図である。図の左側より光信号が入力され、光信号が光分岐部１５にて、２つの光信号に分岐される。分岐された２つの光信号は、それぞれ図に示す上下２つの光路を進行する。ここで、上側の光路を進行する光信号を一方の光信号、下側の光路を進行する光信号を他方の光信号とする。上側の光路には、光遅延部１６が備えられており、光遅延部１６は一方の光信号に１ビット相当分の遅延時間を付与する。２つの光路の終端に、光合成部１７が備えられており、光合成部１７は、遅延時間が付与された一方の光信号と、他方の光信号とを、合成して干渉させることにより、強度変調信号に変換する。復調器２のうち、光分岐部１５から光合成部１７までを遅延干渉計と呼んでもよい。遅延干渉計において位相情報から強度情報に変換された光信号は、光電変換素子１８において電気信号に変換され、さらに、増幅器１９にて電気信号が増幅される。増幅された電気信号が図中右側へ出力され、外部の信号識別器（図示せず）に入力される。ここで、当該実施形態に係る復調器２とは、遅延干渉計から増幅器１９までを指すとするが、信号識別器まで含める場合も、また、遅延干渉計のみを指す場合もある。
【００９３】
光信号を高精度に復調するために、遅延干渉計において、光遅延部１６が一方の光信号に付与する遅延時間を正確に設定する必要があり、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る光学位相調整素子１が光遅延部１６に備えられている。光学位相調整素子１が、付与する遅延時間を高精度に調整する。なお、図４に示す復調器２には、上側の光路にのみ、光学位相調整素子１が備えられているが、より高精度の調整をするために、上下２つの光路それぞれに光学位相調整素子１が備えられてもよい。
【００９４】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る復調器２は、第３の実施形態と同様に、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る光学位相調整素子１を備える復調器であるが、ここで、当該復調器に備えられる遅延干渉計は、マッハ＝ツェンダー干渉計と呼ばれる干渉計である。
【００９５】
図５は、当該実施形態に係る復調器２の構成を示すブロック図である。図５には、当該復調器２のうち、遅延干渉計となる構成が示されている。当該実施形態に係る復調器２の遅延干渉計は、光分岐部１５と、光合成部１７と、２個の光学位相調整素子１と、２つの鏡３２とを備えている。光分岐部１５は分光鏡（ハーフミラー）である鏡３１からなり、光分岐部１５において、図の左側から入力される光信号が、２つの光信号に分岐される。分岐された２つの光信号は、それぞれ図に示す上下２つの光路を進行する。上側の光路には、ともに反射率の高い鏡である２つの鏡３２と、その間に配置される光学位相調整素子１とが、配置されている。上側の光路を進行する一方の光信号は、１番目の鏡３２で反射し、光学位相調整素子１を透過した後、２番目の鏡３２で再び反射し、光合成部１７へ進行する。下側の光路には、光学位相調整素子１が配置されており、下側の光路を進行する他方の光信号は、光学位相調整素子１を透過した後、光合成部１７へ進行する。光合成部１７は分光鏡（ハーフミラー）である鏡３１からなり、光合成部１７において、２つの光信号が合成される。
【００９６】
図５に示す遅延干渉計において、光分岐部１５にて光信号が分岐されてから、光合成部１７にて合成されるまでの２つの光路の光路差が、正確に１ビット分の遅延時間に対応していなければならない。また、さらに復調する位相情報に合わせて、波長よりも短い精度（すなわち、高精度）で２つの光路の光路差を調整する必要がある。当該実施形態に係る復調器２において、２つの光路それぞれに、第１の実施形態又は第２の実施形態のいずれかの光学位相調整素子１を配置することにより、組立時の位置関係のずれや温度や機械的圧力による変形、また光入力信号の波長の変化にも対応できる光位相変調信号を高精度で復調する復調器が実現される。なお、前述の通り、当該復調器２に備えられる光学位相調整素子１は、２つの光路それぞれに配置される場合に限定されることはなく、いずれか一方の光路にのみ配置されていてもよいし、１つの光路に光学位相調整素子１が複数配置されてもよい。求められる精度に応じて選択すればよい。
【００９７】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る復調器２は、第４の実施形態と同様に、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る光学位相調整素子１を備える復調器であるが、ここで、当該復調器２に備えられる遅延干渉計は、マイケルソン干渉計と呼ばれる干渉計である。
【００９８】
図６は、当該実施形態に係る復調器２の構成を示すブロック図である。図６には、当該復調器２のうち、遅延干渉計となる構成が示されている。当該実施形態に係る復調器２の遅延干渉計は、光分岐合成部２０と、２個の光学位相調整素子１と、ともに反射率の高い鏡である２つの鏡３２とを備えている。光分岐合成部２０は分光鏡である鏡３１からなり、光分岐合成部２０において、図の左側から入力される光信号が、２つの光信号に分岐される。分岐された２つの光信号のうち、一方の光信号は上側の光路を、他方の光信号は右側の光路を、それぞれ進行する。上側の光路には、鏡３２と、光分岐合成部２０と鏡３２の間に配置される光学位相調整素子１とが、配置されている。上側の進行する一方の光信号は、光学位相調整素子１を透過した後、鏡３２で反射され、再び光学位相調整素子１を透過した後、光分岐合成部２０へ進行する。右側の光路には、同様に、鏡３２と、光分岐合成部２０と鏡３２の間に配置される光学位相調整素子１とが、配置されている。光分岐合成部２０で再び、２つの光信号が合成される。
【００９９】
当該実施形態に係る復調器２において、２つの光路それぞれに、第１の実施形態又は第２の実施形態のいずれかの光学位相調整素子１を配置することにより、第４の実施形態と同様に、組立時の位置関係のずれや温度や機械的圧力による変形、また光入力信号の波長の変化にも対応できる光位相変調信号を高精度で復調する復調器が実現される。なお、前述の通り、当該復調器に備えられる光学位相調整素子１は、２つの光路それぞれに配置される場合に限定されることはないのは、第４の実施形態と同様である。
【０１００】
以上、本発明に係る光学位相調整素子、及びこれを用いた復調器について説明した。光学位相調整素子は、復調器に備えられる場合に限らず、熱光学効果を用いる光学位相調整素子に、広く本発明を適用することが出来る。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 光学位相調整素子、１１ 熱光学素子、１２ 温度変化部、１３
温度緩衝部、１４ 放熱部、１５ 光分岐部、１６ 光遅延部、１７
光合成部、１８ 光電変換素子、１９ 増幅器、２０ 光分岐合成部、２１，２３
等価回路モデル、３０ 光信号、３１，３２ 鏡、１０１ 光学位相調整素子、１１１
熱光学素子、１１２ 温度変化部、１１３ 温度緩衝部、１１４ 放熱部、１２１，１２３
等価回路モデル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される光信号に対する屈折率が温度に依存して変化する熱光学素子と、
前記熱光学素子の一端側に接するとともに前記熱光学素子が所望の温度となるよう温度変化する温度変化部と、
前記温度変化部に対して前記熱光学素子と反対側に配置されるとともに前記温度変化部の温度とは異なる温度で熱平衡状態となる放熱部と、
前記温度変化部と前記放熱部の間にそれぞれ接して配置されるとともに前記放熱部より大きい熱抵抗を有する温度緩衝部と、
を備える、光学位相調整素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学位相調整素子であって、
前記熱光学素子は、周囲気体によって包囲され、
前記熱光学素子の熱抵抗Ｒ１と、前記熱光学素子が前記周囲気体に包囲される表面の面積Ｓと、前記周囲気体の熱伝達率ｈと、の積であるＲ１×Ｓ×ｈが、前記熱光学素子の所望の屈折率分布比δより小さい、
ことを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項３】
請求項２に記載の光学位相調整素子であって、
前記周囲気体は、窒素を主成分とする気体であることを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項４】
請求項１に記載の光学位相調整素子であって、
前記熱光学素子は、真空によって包囲され、
前記熱光学素子の熱抵抗Ｒ１と、前記熱光学素子が前記真空に包囲される表面の面積Ｓと、前記熱光学素子の絶対温度Ｔｏの３乗と、の積であるＲ１×Ｓ×Ｔｏ３が、前記熱光学素子の所望の屈折率分布比δと定数４００００００と、の積である４００００００×δより小さい、
ことを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項５】
請求項１に記載の光学位相調整素子であって、
前記温度緩衝部の熱容量Ｃ２と前記温度緩衝部の熱抵抗Ｒ２との積であるＣ２×Ｒ２が、前記熱光学素子の熱容量Ｃ１と前記熱光学素子の熱抵抗Ｒ１との積であるＣ１×Ｒ１の０．５倍以上２倍以下である、
ことを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項６】
請求項１に記載の光学位相調整素子であって、
前記熱光学素子は、前記入力される光信号が通過する領域において、互いに平行な１対の面を有し、該１対の面は、前記熱光学素子が前記温度変化部と接する面に対してほぼ垂直である、
ことを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項７】
請求項１に記載の光学位相調整素子であって、
前記熱光学素子が前記温度変化部と接する面の周縁を、前記温度変化部が囲っている、
ことを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項８】
請求項１に記載の光学位相調整素子であって、
前記温度変化部は、前記温度緩衝部上に形成される薄膜抵抗体であり、前記熱光学素子は、絶縁性の接着剤を用いて接着されることにより、前記温度変化部と接する、
ことを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項９】
請求項１に記載の光学位相調整素子であって、
前記熱光学素子は、シリコンを主成分として含む、
ことを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の光学位相調整素子を、１又は複数備える復調器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の復調器であって、
前記１又は複数の光学位相調整素子それぞれは、前記入力された光信号が２つの光信号に分岐され、該２つの光信号のいずれかの位相を調整する、
ことを特徴とする、復調器。
【請求項１２】
請求項１０に記載の復調器であって、
マッハ＝ツェンダー干渉計を、さらに備え、
前記１又は複数の光学位相調整素子は、該マッハ＝ツェンダー干渉計に配置される、
ことを特徴とする、復調器。
【請求項１３】
請求項１０に記載の復調器であって、
マイケルソン干渉計を、さらに備え、
前記１又は複数の光学位相調整素子は、該マイケルソン干渉計に配置される、
ことを特徴とする、復調器。
【請求項１】
入力される光信号に対する屈折率が温度に依存して変化する熱光学素子と、
前記熱光学素子の一端側に接するとともに前記熱光学素子が所望の温度となるよう温度変化する温度変化部と、
前記温度変化部に対して前記熱光学素子と反対側に配置されるとともに前記温度変化部の温度とは異なる温度で熱平衡状態となる放熱部と、
前記温度変化部と前記放熱部の間にそれぞれ接して配置されるとともに前記放熱部より大きい熱抵抗を有する温度緩衝部と、
を備える、光学位相調整素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学位相調整素子であって、
前記熱光学素子は、周囲気体によって包囲され、
前記熱光学素子の熱抵抗Ｒ１と、前記熱光学素子が前記周囲気体に包囲される表面の面積Ｓと、前記周囲気体の熱伝達率ｈと、の積であるＲ１×Ｓ×ｈが、前記熱光学素子の所望の屈折率分布比δより小さい、
ことを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項３】
請求項２に記載の光学位相調整素子であって、
前記周囲気体は、窒素を主成分とする気体であることを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項４】
請求項１に記載の光学位相調整素子であって、
前記熱光学素子は、真空によって包囲され、
前記熱光学素子の熱抵抗Ｒ１と、前記熱光学素子が前記真空に包囲される表面の面積Ｓと、前記熱光学素子の絶対温度Ｔｏの３乗と、の積であるＲ１×Ｓ×Ｔｏ３が、前記熱光学素子の所望の屈折率分布比δと定数４００００００と、の積である４００００００×δより小さい、
ことを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項５】
請求項１に記載の光学位相調整素子であって、
前記温度緩衝部の熱容量Ｃ２と前記温度緩衝部の熱抵抗Ｒ２との積であるＣ２×Ｒ２が、前記熱光学素子の熱容量Ｃ１と前記熱光学素子の熱抵抗Ｒ１との積であるＣ１×Ｒ１の０．５倍以上２倍以下である、
ことを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項６】
請求項１に記載の光学位相調整素子であって、
前記熱光学素子は、前記入力される光信号が通過する領域において、互いに平行な１対の面を有し、該１対の面は、前記熱光学素子が前記温度変化部と接する面に対してほぼ垂直である、
ことを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項７】
請求項１に記載の光学位相調整素子であって、
前記熱光学素子が前記温度変化部と接する面の周縁を、前記温度変化部が囲っている、
ことを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項８】
請求項１に記載の光学位相調整素子であって、
前記温度変化部は、前記温度緩衝部上に形成される薄膜抵抗体であり、前記熱光学素子は、絶縁性の接着剤を用いて接着されることにより、前記温度変化部と接する、
ことを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項９】
請求項１に記載の光学位相調整素子であって、
前記熱光学素子は、シリコンを主成分として含む、
ことを特徴とする、光学位相調整素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の光学位相調整素子を、１又は複数備える復調器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の復調器であって、
前記１又は複数の光学位相調整素子それぞれは、前記入力された光信号が２つの光信号に分岐され、該２つの光信号のいずれかの位相を調整する、
ことを特徴とする、復調器。
【請求項１２】
請求項１０に記載の復調器であって、
マッハ＝ツェンダー干渉計を、さらに備え、
前記１又は複数の光学位相調整素子は、該マッハ＝ツェンダー干渉計に配置される、
ことを特徴とする、復調器。
【請求項１３】
請求項１０に記載の復調器であって、
マイケルソン干渉計を、さらに備え、
前記１又は複数の光学位相調整素子は、該マイケルソン干渉計に配置される、
ことを特徴とする、復調器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２５６０２６（Ｐ２０１２−２５６０２６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−７７１２４（Ｐ２０１２−７７１２４）
【出願日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【出願人】（３０１００５３７１）日本オクラロ株式会社 (311)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【出願人】（３０１００５３７１）日本オクラロ株式会社 (311)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]