(57)【要約】高性能で歩留まりのよい光ミキサを実現するために、光ミキサは、第１の入力光を、第１の出力光及び第２の出力光を含む複数個に分岐して出力する第１の光分岐手段と、第２の入力光を、第３の出力光及び第４の出力光を含む複数個に分岐して出力する第２の光分岐手段と、第１及び第３の出力光、第２及び第４の出力光を各々合流して少なくとも２つに分岐し、分岐した光を各々合流分岐光として出力する第１の光合分岐手段及び第２の光合分岐手段と、を備え、第３及び第４の出力光の伝搬経路は、第３及び第４の出力光に所定の光路長差を生じさせる幅を備え、第１及び第２の出力光の伝搬経路長はほぼ等しく、第３及び第４の出力光の伝搬経路長はほぼ等しい。
2012153857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入力光を、第１の出力光及び第２の出力光を含む複数個に分岐して出力する第１の光分岐手段と、
第２の入力光を、第３の出力光及び第４の出力光を含む複数個に分岐して出力する第２の光分岐手段と、
前記第１及び第３の出力光、前記第２及び第４の出力光を各々合流して少なくとも２つに分岐し、分岐した光を各々合流分岐光として出力する第１の光合分岐手段及び第２の光合分岐手段と、
を備え、
前記第３及び第４の出力光の伝搬経路は、前記第３及び第４の出力光に所定の光路長差を生じさせる幅を備え、前記第１及び第２の出力光の伝搬経路長はほぼ等しく、前記第３及び第４の出力光の伝搬経路長はほぼ等しい、
ことを特徴とする光ミキサ。
【請求項２】
前記第３又は第４の出力光の伝搬経路の幅が変化する部分においては、前記伝搬経路の幅が連続的に変化するように構成されている、請求項１に記載された光ミキサ。
【請求項３】
前記光路長差は、前記第３及び第４の出力光の間にπ／２の位相差を生じさせる、請求項１又は２に記載された光ミキサ。
【請求項４】
前記第２の光分岐手段の出力における前記第３の出力光と前記第４の出力光との位相差と、前記光路長差が生じさせる前記第３の出力光と前記第４の出力光との位相差との和がπ／２である、請求項１乃至３のいずれかに記載された光ミキサ。
【請求項５】
前記光路長差は、前記第２の光分岐手段の出力における、前記第３の出力光の位相及び前記第４の出力光の位相の差に基づいて定められる、請求項１乃至４のいずれかに記載された光ミキサ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載された、第１の光ミキサ及び第２の光ミキサを備え、
前記第１の光ミキサの第１の光分岐手段に受信光のＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ）成分が入力され、前記第１の光ミキサの第２の光分岐手段に局部発振光が入力され、
前記第２の光ミキサの第１の光分岐手段に前記局部発振光が入力され、前記第２の光ミキサの第２の光分岐手段に前記受信光のＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ）成分が入力されるように構成された、光ミキサ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載された光ミキサと、
前記光ミキサが備える第１の光合分岐手段及び第２の光合分岐手段が出力する合流分岐光の各々を受信して電気信号として出力するＰＤ（ｐｈｏｔｏ  ｄｉｏｄｅ）と、
前記電気信号をアナログ−ディジタル変換するＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）と、
前記ＡＤＣの出力を演算処理して前記電気信号に含まれるデータを復調する信号処理回路と、
を備える光受信器。
【請求項８】
第１の入力光を、第１の光分岐手段によって第１の出力光及び第２の出力光を含む複数個に分岐して出力し、
第２の入力光を、第２の光分岐手段によって第３の出力光及び第４の出力光を含む複数個に分岐して出力し、
前記第１及び第３の出力光を、第１の光合分岐手段によって合流して少なくとも２つに分岐し、
前記第２及び第４の出力光を、第２の光合分岐手段によって合流して少なくとも２つに分岐し、
前記第３及び第４の出力光の伝搬経路の幅を、前記第３及び第４の出力光に所定の光路長差を生じさせるように設定し、
前記第１及び第２の出力光の伝搬経路長をほぼ等しくなるように設定し、
前記第３及び第４の出力光の伝搬経路長をほぼ等しくなるように設定する、
光ミキシング方法。
【請求項９】
さらに、前記第２の光分岐手段の出力における前記第３の出力光と前記第４の出力光との位相差と、前記光路長差が生じさせる前記第３の出力光と前記第４の出力光との位相差との和がπ／２となるように設定する、
請求項８に記載された光ミキシング方法。
【請求項１０】
基板上に第１のクラッド層を成膜する工程と、
前記第１のクラッド層上にコア層を積層する工程と、
前記コア層をパターニングしコアを形成する工程と、
前記コアを、前記第１のクラッドと同一の屈折率を有する第２のクラッド層で覆う工程と、を備え、
前記コア層のパターニングにおいて、
第１の入力光を、第１の出力光及び第２の出力光を含む複数個に分岐して出力する第１の光分岐手段と、
第２の入力光を、第３の出力光及び第４の出力光を含む複数個に分岐して出力する第２の光分岐手段と、
前記第１及び第３の出力光、前記第２及び第４の出力光を各々合流して少なくとも２つに分岐し各々を合流分岐光として出力する第１及び第２の光合分岐手段と、
を備え、
前記第３及び第４の出力光の伝搬経路が所定の光路長差を有するような幅を備え、前記第１及び第２の出力光の伝搬経路長がほぼ等しく、前記第３及び第４の出力光の伝搬経路長がほぼ等しい、
構成の導波路を形成するマスクパターンを用いる、光ミキサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ミキサ、光受信器、光ミキシング方法及び光ミキサの製造方法に関し、特に、ディジタルコヒーレント信号の受信の際に用いられる光ミキサ、光受信器、光ミキシング方法及び光ミキサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの伝送レートの上昇に伴い、より効率的に大容量かつ高速な通信を可能とする光通信システムの検討が精力的に行われている。その中でも、ＤＰ−ＱＰＳＫは、１００ＧＥ伝送装置において採用が本命視されている変調方式である。ＤＰ−ＱＰＳＫはｄｕａｌ−ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ（偏波多重４位相変移変調）の略称である。また、１００ＧＥは１００Ｇｉｇａｂｉｔ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の略称である。
ＤＰ−ＱＰＳＫで変調された信号光の復調には、ディジタルコヒーレント受信方式が用いられる。ディジタルコヒーレント受信方式においては、受信した信号光（受信光）と、受信光とほぼ同一の光周波数を有する局部発振光（局発光）とが、９０度ハイブリッドと呼ばれる光ミキサにより結合される。そして、９０度ハイブリッドの出力は受光素子（ｐｈｏｔｏ  ｄｉｏｄｅ、ＰＤ）により受光される。受光素子は受信光と局発光とのビート信号を信号処理回路に出力する。信号処理回路は、ＰＤが出力したビート信号を演算処理して、データを復調する。
ディジタルコヒーレント受信方式の光受信器において、ＤＰ−ＱＰＳＫで変調された光信号は、ＰＢＳによって互いに直交する偏波成分に分離される。偏波分離された２つの受信光は、光導波路で形成された９０度ハイブリッドへそれぞれＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ）信号とＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ）信号として独立に入力される。入力されたＴＥ信号とＴＭ信号とは、それぞれ局発光とミキシングされる。
図８は、本発明に関連する９０度ハイブリッド１０の構成を示す図である。９０度ハイブリッド１０は、２つの干渉計１１及び１２で構成される。干渉計１１及び１２はいずれもＭＺＩ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ、マッハツェンダ干渉計）である。
図８において、９０度ハイブリッド１０の入力ポート３１には、受信光から偏波分離されたＴＥ信号が入力される。一方、９０度ハイブリッド１０の入力ポート３３には、受信光から偏波分離されたＴＭ信号成分が入力される。
９０度ハイブリッド１０の入力ポート３２には、９０度ハイブリッドの外部に設けられた局部発振光源から出力された局発光が入力される。
入力ポート３１に入力されたＴＥ信号は、入力光カプラ２１に入力される。入力光カプラ２１は、入力されたＴＥ信号をアーム４１及びアーム４２に出力する。入力ポート３３に入力されたＴＭ信号は、入力光カプラ２４に入力される。入力光カプラ２４は、入力されたＴＭ信号をアーム４７及びアーム４８に出力する。
入力ポート３２に入力された局発光は、２分岐されて入力光カプラ２２及び入力光カプラ２３に入力される。入力光カプラ２２は、入力された局発光をアーム４３及びアーム４４に出力する。入力光カプラ２３は、入力された局発光をアーム４５及びアーム４６に出力する。
出力光カプラ２５は、アーム４１から入力されるＴＥ信号とアーム４３から入力される局発光とを合流して出力ポート５１及び５２に出力する。
出力光カプラ２６は、アーム４２から入力されるＴＥ信号とアーム４４から入力される局発光とを合流して出力ポート５３及び５４に出力する。
出力光カプラ２７は、アーム４５から入力される局発光とアーム４７から入力されるＴＭ信号とを合流して出力ポート５５及び５６に出力する。
出力光カプラ２８は、アーム４６から入力される局発光とアーム４８から入力されるＴＭ信号とを合流して出力ポート５７及び５８に出力する。
９０度ハイブリッド１０を構成する干渉計１１及び１２は、非対称ＭＺＩである。すなわち、干渉計１１において、アーム４１及び４２の長さは等しく、アーム４４の長さは、アーム４３よりも通過する信号光の波長に換算して１／４波長（π／２）長くなっている。そして、干渉計１２においても、アーム４５及び４６の長さは等しく、アーム４８の長さは、アーム４７よりも通過する信号光の波長に換算して１／４波長（π／２）長くなっている。
そして、アーム４４及びアーム４８では、アーム４３及びアーム４７と導波路の物理的長さを変えることで伝搬する光に位相差を生じさせている。このため、アーム４４やアーム４８には、アームに屈曲部６０、６１が設けられている。
本発明に関連する特許文献１は、導波路による干渉計の位相制御について記載している。特許文献１は、その対象はＭＺＩを多段に組み合わせて光フィルタを実現するものである。また、特許文献２は、空間光学系を用いた９０度ハイブリッドについて記載している。特許文献２は、空間光学系での位相制御のために、物理的な位置を制御し、あるいは屈折率の異なる材料を光路に挿入する構成を開示している。さらに、特許文献３は、導波路で構成されたＭＺＩ干渉計における位相制御方法について記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３４２２４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３７３００号公報
【特許文献３】特開平７−２８１０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図８で説明したように、９０度ハイブリッド１０においては、アーム４４やアーム４８の物理的な長さを長くするために、アームに屈曲部６０、６１が設けられている。そして、屈曲部６０及び６１を形成する際には、導波路に曲率半径の小さい部分が発生する。
しかしながら、図８で説明した９０度ハイブリッド１０のアーム４４及び４８に屈曲部６０及び６１を設けると、曲率半径の小さい部分からの放射により９０度ハイブリッドの損失が増大する場合がある。また、アームの一部を他のアームと異なる形状の導波路で構成することにより光導波路の構造の対称性が低下する結果、製品の歩留まりが低下する場合があるという課題も生じる。
このような課題に関連して、特許文献１は導波路による干渉計の位相制御について記載しているものの、９０度ハイブリッドにおける位相制御については何ら記載していない。また、特許文献２は、空間光学系を用いた９０度ハイブリッドの構成に係る技術を開示するものであり、導波路で構成された光ミキサの位相を制御する構成については記載していない。さらに、特許文献３に記載された技術は、特許文献１と同様、９０度ハイブリッドにおいて受信光の位相制御を行う構成については何ら記載していない。
本発明の目的は、上述した課題を解決する、９０度ハイブリッドに適用可能な光ミキサを実現するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光ミキサは、第１の入力光を、第１の出力光及び第２の出力光を含む複数個に分岐して出力する第１の光分岐手段と、第２の入力光を、第３の出力光及び第４の出力光を含む複数個に分岐して出力する第２の光分岐手段と、第１及び第３の出力光、第２及び第４の出力光を各々合流して少なくとも２つに分岐し、分岐した光を各々合流分岐光として出力する第１の光合分岐手段及び第２の光合分岐手段と、を備え、第３及び第４の出力光の伝搬経路は、第３及び第４の出力光に所定の光路長差を生じさせる幅を備え、第１及び第２の出力光の伝搬経路長はほぼ等しく、第３及び第４の出力光の伝搬経路長はほぼ等しい。
本発明の光ミキシング方法は、第１の入力光を、第１の光分岐手段によって第１の出力光及び第２の出力光を含む複数個に分岐して出力し、第２の入力光を、第２の光分岐手段によって第３の出力光及び第４の出力光を含む複数個に分岐して出力し、第１及び第３の出力光を、第１の光合分岐手段によって合流して少なくとも２つに分岐し、第２及び第４の出力光を、第２の光合分岐手段によって合流して少なくとも２つに分岐し、第３及び第４の出力光の伝搬経路の幅を、第３及び第４の出力光に所定の光路長差を生じさせるように設定し、第１及び第２の出力光の伝搬経路長をほぼ等しくなるように設定し、第３及び第４の出力光の伝搬経路長をほぼ等しくなるように設定する。
本発明の光ミキサの製造方法は、基板上に第１のクラッド層を成膜する工程と、第１のクラッド層上にコア層を積層する工程と、コア層をパターニングしコアを形成する工程と、コアを、第１のクラッドと同一の屈折率を有する第２のクラッド層で覆う工程と、を備え、コア層のパターニングにおいて、第１の入力光を、第１の出力光及び第２の出力光を含む複数個に分岐して出力する第１の光分岐手段と、第２の入力光を、第３の出力光及び第４の出力光を含む複数個に分岐して出力する第２の光分岐手段と、第１及び第３の出力光、第２及び第４の出力光を各々合流して少なくとも２つに分岐し、分岐した光を各々合流分岐光として出力する第１の光合分岐手段及び第２の光合分岐手段と、を備え、第３及び第４の出力光の伝搬経路は、第３及び第４の出力光に所定の光路長差を生じさせる幅を備え、第１及び第２の出力光の伝搬経路長がほぼ等しく、第３及び第４の出力光の伝搬経路長がほぼ等しい構成の導波路を形成するマスクパターンを用いる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、高性能で製造が容易な光ミキサを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の光ミキサの構成を示す図である。
【図２】導波路の幅を変化させた場合の等価屈折率差及び位相差のそれぞれの変化量の計算結果を示す図である。
【図３】第２の実施形態の光ミキサの構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態の変形例の光ミキサのアームの構成を示す図である。
【図５】第３の実施形態の光ミキサの構成を示す図である。
【図６】第４の実施形態の光ミキサの構成を示す図である。
【図７】第５の実施形態の光ミキサの構成を示す図である。
【図８】本発明に関連する９０度ハイブリッドの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一般に、光導波路を通過した後の光の位相は、通過する光の波長、光導波路の等価屈折率あるいは光導波路の光路長により変化する。また、光導波路の等価屈折率は、導波路の幅によって変化する。以下に説明する各実施形態においては、アームの幅を変えることによる等価屈折率の変化を利用して光導波路の光路長を変化させ、その結果光導波路を通過する光の位相の制御を可能とする光ミキサについて説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の光ミキサの第１の実施形態の構成を示す図である。光ミキサ１は、図８で説明した光ミキサ１１におけるアーム４４に代えてアーム４９を備えている以外は、光ミキサ１１と同様の構成を備える。なお、図１において、図８と同様の機能及び構成を備える要素には同一の参照符号を付している。
光ミキサ１において、入力ポート３１には第１の入力光が入力され、入力ポート３４には第２の入力光が入力される。第１の入力光は、入力光カプラ２１で分岐されてアーム４１及び４２を伝搬し、それぞれ出力光カプラ２５及び光カプラ２６に入力される。第２の入力光は、入力光カプラ２２で分岐されてアーム４３及びアーム４９を伝搬し、それぞれ出力光カプラ２５及び２６に入力される。
出力光カプラ２５はアーム４１を伝搬した第１の入力光とアーム４３を伝搬した第２の入力光とを結合させ、出力ポート５１及び５２に第１及び第２の出力光を出力する。
出力光カプラ２６はアーム４２を伝搬した第１の入力光とアーム４９を伝搬した第２の入力光とを結合させ、出力ポート５３及び５４に第３及び第４の出力光を出力する。
図１に示した光ミキサ１においては、アーム４１とアーム４２との長さは等しく、アーム４３とアーム４９との長さは等しい。そして、光ミキサ１は、アーム４９の幅をアーム４３の幅とは異なるものとすることで、第２の入力光に対してアーム４３とアーム４９とに位相差を生じさせている。
光ミキサのアーム４９における位相差の設定手順について以下に説明する。一般的に、アームを伝搬する光の波長をλとすると、長さＬ１、等価屈折率ｎ１のＭＺＩのアームと、長さＬ２、等価屈折率ｎ２のＭＺＩのアームとの位相差Δφは次式により求められる。
Δφ＝２π（ｎ１×Ｌ１−ｎ２×Ｌ２）／λ  ・・・（１）
（１）式において、等価屈折率の差ｎ１−ｎ２をΔｎとし、干渉計を構成するアーム長Ｌ１とＬ２とは等しく、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌとすると以下の（２）式が得られる。
Δφ＝２π（Δｎ×Ｌ）／λ  ・・・（２）
この場合、π／２の位相変化を生じさせるために必要な導波路の等価屈折率の差Δｎは、（２）式から導いた次式から求められる。
Δｎ＝λ／４Ｌ  ・・・（３）
例えば、Ｌ＝２ｍｍとすると、Δｎは（２）式から波長１．５５μｍにおいて１．９４×１０−４と求まる。
従って、光干渉計１のアーム４３とアーム４９との間で例えばπ／２の位相差を生じさせるためには、アーム４３とアーム４９との等価屈折率の差が１．９４×１０−４程度となるように導波路を作製すればよいことがわかる。
導波路の幅と等価屈折率との関係は、数値計算により求めることができる。図２は、導波路の幅と、等価屈折率差及び導波路で生じる位相差の変化との関係を波長１．５５μｍの場合について数値計算により求めたグラフである。図２において、横軸は導波路の幅（μｍ）であり、縦軸は等価屈折率差の変化量及び位相差の変化量（ｄｅｇ）である。図２は、幅が４μｍである導波路を基準（等価屈折率差及び位相差の変化量＝０）として、導波路の幅を３．９μｍから４．１μｍまでの間で変化させた場合の等価屈折率差及び位相差のそれぞれの変化量の計算結果を示す。図２の破線は等価屈折率差の変化量を示す。また、図２の４本の実線ａ〜ｄは、それぞれ導波路の長さが１８００μｍ（ａ）、２０００μｍ（ｂ）、２２００μｍ（ｃ）、２４００μｍ（ｄ）の場合における位相差の計算結果を示す。
図２から、例えば実線ｂに着目すると、長さが２ｍｍ（２０００μｍ）で幅が４μｍの導波路に対して９０度（π／２）の位相差を生じさせる、同じ長さの導波路の幅は約４．０４μｍまたは約３．９６μｍであることがわかる。すなわち、例えば図１に示す光ミキサ１において、アーム４１〜４３及び４９の長さを全て２ｍｍとし、アーム４１〜４３の幅を４μｍ、アーム４９の幅を４．０４μｍとする。このように構成することで、アーム４９を伝搬する光の出力光カプラ２６における位相と、アーム４３を伝搬する光の出力光カプラ２５における位相との差をπ／２とすることができる。
ここで、アーム４９の幅を４μｍとし、アーム４３の幅を３．９６μｍとしても、アーム４９を伝搬する光とアーム４３を伝搬する光との間にπ／２の位相差を生じさせることができる。
また、所定の位相差を生じさせるように、アーム４９の幅がアーム４３の幅よりも狭くなるように導波路を形成してもよい。すなわち、アーム４３の幅を４μｍとし、アーム４９の幅を３．９６μｍとしても、アーム４９を伝搬する光とアーム４３を伝搬する光との間にπ／２の位相差を生じさせることができる。
光ミキサ１においては、上述の計算例のように、アーム４１〜４３及びアーム４９の長さを全て等しくしてもよい。そして、通過する光に位相差を与えたいアーム４９のみ幅をアーム４３の幅と異なるように導波路を形成することで、図８で説明した光ミキサ１１と同様の機能を備える非対称ＭＺＩを構成することが可能となる。
このように、第１の実施形態の光ミキサは、アームの導波路の幅を変化させて等価屈折率を制御することにより、当該アームを通過する光の位相を制御している。このため、アームに屈曲部を備えることにより位相差を生じさせる構成と比較して、急峻な導波路の曲がりによって光損失が増加することがなく、高性能な光ミキサを実現できるという効果を奏する。また、第１の実施形態の光ミキサは、アームの長さを全て等しくすることができる。従って、第１の実施形態の光ミキサは、アームに屈曲部を備える構成と比較して光ミキサの構造の対称性が高まるので、製造歩留まりが向上するという効果も奏する。
なお、第１の実施形態で説明した光ミキサは、ＱＰＳＫ変調された光信号を第１の入力光として入力し、局部発振光を第２の入力光として入力することで、ディジタルコヒーレント受信器の９０度ハイブリッドとして動作させることもできる。
また、光ミキサ１に、ＰＤ、ＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）及び信号処理回路を加えて、光受信器を構成してもよい。ＰＤは、光ミキサ１が出力ポート５１〜５４に出力する出力光の各々を受信して電気信号として出力する。ＡＤＣは、ＰＤが出力する電気信号をアナログ−ディジタル変換する。信号処理回路は、ＡＤＣの出力を演算処理して、電気信号に含まれるデータを復調する。
さらに、第１の実施形態で説明した光ミキサは、以下の手順で製造できる。すなわち、基板上に第１のクラッド層が成膜され、第１のクラッド層上にコア層が積層される。そして、図１で説明した構成のマスクパターンによってコア層がパターニングされ、コアが形成される。さらに、コアが第１のクラッドと同一の屈折率を有する第２のクラッド層で覆われる。
［第２の実施形態］
第１の実施形態の光干渉計において、アームの導波路幅を他のアームの幅に対して拡大又は縮小する場合、アームの全長にわたって導波路幅を変更しなくともよい。所定の位相差が得られる場合には、アームの長手方向の一部分のみ導波路幅を変更してもよい。
図３は、本発明の第２の実施形態の光ミキサ２の構成を示す図である。光ミキサ２は、第１の実施形態で説明した光ミキサ１と比較して、アーム５０に代えてアーム８０を備える。図３に示す光ミキサ２において、図１に示す光ミキサ１と同様の機能及び構成を備える要素には同一の参照符号を付している。
図３に示す光ミキサ２が備えるアーム８０は、そのアーム中央部８１のみがアーム４３とは異なる幅を持ち、アーム８０の両端部分はアーム４３と同一の幅を持つ。
図４は、第２の実施形態の光ミキサの変形例のアーム８０の構成を示す図である。導波路の幅の差をより大きくすることで、アーム中央部８１の長さをより短くして同一の位相差の変化を得ることができる。
このように構成された第２の実施形態及びその変形例の光ミキサは、第１の実施形態の光ミキサと同様に、アームの導波路の幅を変化させて等価屈折率を制御することにより、当該アームを通過する光の位相を制御している。このため、アームに屈曲部を備えることにより位相差を生じさせる構成と比較して、急峻な導波路の曲がりによって光損失が増加することがない。そして、第２の実施形態及びその変形例の光ミキサは、アームに屈曲部を備える構成と比較して光ミキサの構造の対称性が高まり、光ミキサの製造歩留まりが向上するという効果を奏する。
［第３の実施形態］
図５は、本発明の第３の実施形態の光ミキサ３の構成を示す図である。図５に示す光ミキサ３において、図１及び図３に示す光ミキサ１及び２と同様の機能及び構成を備える要素には同一の参照符号を付している。
光ミキサ３は、第２の実施形態で説明した光ミキサ２と比較して、アーム８０に代えてアーム８２を備える。アーム８２は、アーム８２の中央部８３とアーム８２の両端部８５とをテーパ導波路８４を用いて接続している。従って、第３の実施形態の光ミキサは、第１及び第２の実施形態で説明した効果に加えて、さらに、導波路幅の急峻な変化に伴う光損失を低減できるという効果を奏する。
［第４の実施形態］
図６は、本発明の第４の実施形態の光ミキサ４の構成を示す図である。光ミキサ４は、第１の実施形態で説明した光ミキサ１と比較して、入力光カプラ２２として、多モード干渉素子６２を備える点で相違している。
図６において、多モード干渉素子６２は、入力ポート３４から入力された第２の入力光を、アーム４３及び４９に送出する。多モード干渉素子６２の作用により、アーム４３及びアーム４９に出力される光は、所定の位相差を持つ。従って、多モード干渉素子６２が正確にπ／２の位相差で光をアーム４３及び４９に出力する場合、出力光カプラ２５及び２６において入力ポート３４から入力された光にπ／２の位相差を持たせるために、アーム４９によって位相差を付加する必要はない。
しかしながら、多モード干渉素子６２の特性のばらつきにより、多モード干渉素子６２からアーム４３及びアーム４９に出力される光の位相差が正確にπ／２とならない場合がある。多モード干渉素子６２のこのような特性のばらつきは、例えば製造上の誤差により生じる。
このため、第４の実施形態においては、光ミキサ４は、出力光カプラ２５及び出力光カプラ２６において、入力ポート３４から入力された光の位相差が所定の値となるようにアーム４９を通過する光の位相を調整する。
例えば、多モード干渉素子６２の出力において、アーム４９に出力される光の位相が、多モード干渉素子６２の特性のばらつきにより、アーム４３に出力される光の位相よりも（π／２）＋Δθ（Δθ＞０）進んでいるとする。Δθは多モード干渉素子６２の位相誤差である。この場合、アーム４９において光の位相をΔθだけ遅らせることで、出力光カプラ２５及び２６における光の位相差をπ／２とすることができる。
このように、第４の実施形態の光ミキサは、多モード干渉素子から出力される光の位相をさらにアームで補正することで、出力光カプラに入力される光の位相差を所定の値に正確に合わせることができる。従って、第４の実施形態の光ミキサは、第１の実施形態の光ミキサの効果に加えて、多モード干渉素子の製造上のばらつきによる位相誤差の影響を低減することができるという効果を奏する。
第４の実施形態では、第１の実施形態の光ミキサにおいて、入力光カプラとして多モード干渉素子を用いた場合について説明した。そして、第２及び第３の実施形態で説明した光ミキサにおいても、入力光カプラとして多モード干渉素子を用いることができる。そして、第２または第３の実施形態において入力光カプラとして多モード干渉素子を用いた場合には、それそれの実施形態の効果に加えて、多モード干渉素子の位相誤差の影響を低減することができるという第４の実施形態と同様の効果が得られる。
［第５の実施形態］
図７は、本発明の第５の実施形態の光ミキサの構成を示す図である。図７に示す光ミキサ５は、第１の実施形態で説明した光ミキサ１を光ミキサ６及び７として２個並列に配し、ＤＰ−ＱＰＳＫ信号の復調に用いられる９０度ハイブリッドとして構成したものである。
光ミキサ５において、入力ポート３１には受信光から偏波分離されたＴＥ信号が入力され、入力ポート３２には局発光が入力される。また、入力ポート３３には、受信光から偏波分離されたＴＭ信号が入力される。
ＴＥ信号は、入力光カプラ２１で分岐されてアーム４１及びアーム４２を伝搬し、それぞれ出力光カプラ２５及び出力光カプラ２６に入力される。ＴＭ信号は、入力光カプラ１２２で分岐されてアーム１４３及びアーム１４９を伝搬し、それぞれ出力光カプラ１２５及び出力光カプラ１２６に入力される。
局発光は、入力光カプラ２２及び入力光カプラ１２１で分岐される。入力光カプラ２２で分岐された局発光はアーム４３及びアーム４９を伝搬し、それぞれ出力光カプラ２５及び出力光カプラ２６に入力される。入力光カプラ１２１で分岐された局発光はアーム１４１及びアーム１４２を伝搬し、それぞれ出力光カプラ１２５及び出力光カプラ１２６に入力される。
出力光カプラ２５はアーム４１を伝搬したＴＥ信号とアーム４３を伝搬した局発光とを結合させ、出力ポート５１及び５２に出力光を出力する。
出力光カプラ２６はアーム４２を伝搬したＴＥ信号とアーム４９を伝搬した局発光とを結合させ、出力ポート５３及び５４に出力光を出力する。
出力光カプラ１２５はアーム１４１を伝搬したＴＥ信号とアーム１４３を伝搬した局発光とを結合させ、出力ポート１５１及び１５２に出力光を出力する。
出力光カプラ１２６はアーム１４２を伝搬したＴＥ信号とアーム１４９を伝搬した局発光とを結合させ、出力ポート１５３及び１５４に出力光を出力する。
図７に示した光ミキサ５においては、アーム４１とアーム４２との長さは等しく、アーム４３とアーム４９との長さは等しい。また、アーム１４１とアーム１４２との長さは等しく、アーム１４３とアーム１４９との長さは等しい。また、全てのアームの長さを等しくしてもよい。
そして、アーム４９及び１４９の幅は、それぞれ、出力光カプラ２６及び出力光カプラ１２６において、ＴＥ信号又はＴＭ信号と局発光との間の位相差がπ／２となるように定められている。アーム４９及びアーム１４９の幅は、第１の実施形態において説明した手順によって決定される。
このような構成を備えることにより、光ミキサ５は、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調された受信光から偏波分離されたＴＥ信号とＴＭ信号と局発光とを出力光カプラで混合した信号を生成する。
すなわち、出力光カプラ２５及び２６は、ＴＥ信号と局発光とを混合する。そして、ＴＥ信号に対する局発光の位相は出力光カプラ２５と出力光カプラ２６とでπ／２だけ異なっている。同様に、出力光カプラ１２５及び１２６は、ＴＭ信号と局発光とを混合する。そして、ＴＭ信号に対する局発光の位相は出力光カプラ１２５と出力光カプラ１２６とでπ／２だけ異なっている。
以上説明した第５の実施形態の光ミキサは、第１の実施形態の光ミキサと同様に、アームの導波路の幅を変化させて等価屈折率を制御することにより、当該アームを通過する光の位相を制御している。このため、アームに屈曲部を備えることにより位相差を生じさせる構成と比較して、急峻な導波路の曲がりによって光損失が増加することがない。
その結果、第５の実施形態の光ミキサは、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調された信号と局発光とを干渉させるための、高性能で歩留まりのよい光ミキサを実現することができる。
また、光ミキサ５に、ＰＤ、ＡＤＣ及び信号処理回路を加えて、光受信器を構成してもよい。ＰＤは、光ミキサ５が出力ポート５１〜５４及び１５１〜１５４に出力する出力光の各々を受信して電気信号として出力する。ＡＤＣは、ＰＤが出力する電気信号をアナログ−ディジタル変換する。信号処理回路は、ＡＤＣの出力を演算処理して、電気信号に含まれるデータを復調する。
なお、第５の実施形態において、光ミキサ６及び７を第２〜第４の実施形態で説明した光ミキサ２〜４のいずれかに置き換えてもよい。この場合、置き換えた光ミキサに対応する第２〜第４の実施形態で説明した効果のいずれかが併せて得られることは明らかである。
以上、第１〜第５の実施形態を参照して本願発明の実施形態を説明したが、本願発明が適用可能な形態は上述した実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細説明には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１１年５月１１日に出願された日本出願特願２０１１−１０６３９０を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
【符号の説明】
【０００９】
１〜７  光ミキサ
２１〜２４、１２１、１２２  入力光カプラ
２５〜２８、１２５、１２６  出力光カプラ
３１〜３４  入力ポート
４１〜４９、８０、８２、１４１〜１４３、１４９  アーム
５１〜５８、１５１〜１５４  出力ポート
６２  多モード干渉素子
８１、８３  アーム中央部
８４  テーパ導波路
８５  アーム両端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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