(57)【要約】  本発明は、波長無依存化を実現する光９０度ハイブリッド回路を提供する。本発明にかかる光９０度ハイブリッド回路は、第１の光を入力して２つに分岐する第１の光分岐手段と、第２の光を入力して２つに分岐する第２の光分岐手段と、第１の光分岐手段によって分岐された光の一方と第２の光分岐手段によって分岐された光の一方とを合波して干渉光を生成する第１の光結合手段と、第２の光分岐手段によって分岐された光の他方と第２の光分岐手段によって分岐された光の他方とを合波して干渉光を生成する第２の光結合手段とを備え、第１の光分岐手段は、第１の光を入力して等しい位相を有する２つの光を出力する光結合器から構成され、第２の光分岐手段は、第２の光を入力して９０度の位相差を有する２つの光を出力する光結合器から構成されることを特徴とする。
2011001679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光を入力して２つに分岐する第１の光分岐手段と、
第２の光を入力して２つに分岐する第２の光分岐手段と、
前記第１の光分岐手段によって分岐された光の一方と前記第２の光分岐手段によって分岐された光の一方とを合波して干渉光を生成する第１の光結合手段と、
前記第２の光分岐手段によって分岐された光の他方と前記第２の光分岐手段によって分岐された光の他方とを合波して干渉光を生成する第２の光結合手段とを備え、
前記第１の光分岐手段は、前記第１の光を入力して等しい位相を有する２つの光を出力する光結合器から構成され、
前記第２の光分岐手段は、前記第２の光を入力して９０度の位相差を有する２つの光を出力する光結合器から構成されることを特徴とする光９０度ハイブリッド回路。
【請求項２】
前記第１の光分岐手段と前記第１の光結合手段とを接続する第１のアーム導波路と、
前記第１の光分岐手段と前記第２の光結合手段とを接続する第２のアーム導波路と、
前記第２の光分岐手段と前記第１の光結合手段とを接続する第３のアーム導波路と、
前記第２の光分岐手段と前記第２の光結合手段とを接続する第４のアーム導波路とを備え、
前記第１のアーム導波路、前記第２のアーム導波路、前記第３のアーム導波路、及び前記第４のアーム導波路はそれぞれ、直線部分と、第１の曲線部分と、第２の曲線部分とを有し、
前記第１のアーム導波路、前記第２のアーム導波路、前記第３のアーム導波路、及び前記第４のアーム導波路のそれぞれの直線部分の長さは等しく、
前記第１のアーム導波路、前記第２のアーム導波路、前記第３のアーム導波路、及び前記第４のアーム導波路のそれぞれの第１の曲線部分の半径及び長さは等しく、
前記第１のアーム導波路、前記第２のアーム導波路、前記第３のアーム導波路、及び前記第４のアーム導波路のそれぞれの第２の曲線部分の半径及び長さは等しいことを特徴とする請求項１に記載の光９０度ハイブリッド回路。
【請求項３】
前記第２の光分岐手段は、方向性結合器で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光９０度ハイブリッド回路。
【請求項４】
前記第２の光分岐手段は、ＭＭＩカプラで構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光９０度ハイブリッド回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送システムにおけるコヒーレント受信方式に用いられる光受信器を構成する光９０度ハイブリッド回路に関する。より詳細には、本発明は、In-phase出力とQuadrature出力との間の位相差の波長無依存化を実現する光９０度ハイブリッド回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
１００Ｇｂｉｔ／ｓ以上の超高速光伝送システムの実現に向けて、光多値変調方式が注目されている。特に、光雑音耐力向上、及び光電変換後の電気信号処理による波長分散歪み補償能力の優位性から、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization Quadrature Phase-Shift Keying）などのコヒーレント受信方式が注目を集め、伝送システム適用への検討が活発化している。コヒーレント受信方式に用いられる光受信器は、局部発振光を発生する局部発振光発生装置と、信号光及び局部発振光を偏波状態に応じて異なる出力ポートに分離する偏波スプリッタと、信号光と局部発振光とを合波する光９０度ハイブリッド回路と、光９０度ハイブリッド回路からの出力信号を電気信号に変換する光電変換部と、光電変換部から出力される電気信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、デジタル信号を演算するデジタル演算（ＤＳＰ：Digital Signal Processing）回路から構成される。入力した信号光と局部発振光との干渉光のIn-phase成分とQuadrature成分とを分離して検出することにより、入力信号光が有する情報を得ることができる。【０００３】
コヒーレント受信方式で用いられる光受信器の構成部品の中で、光９０度ハイブリッド回路に関しては、バルク型光学部品を組み合わせた空間光学系で構成される製品が既に開発、商品化されている。これに対して、平面基板上に作製された光導波路から構成される平面光波回路（ＰＬＣ：planar lightwave circuit）は、量産性、信頼性の点において前述の空間学系よりも優れている。また、ＰＬＣ型光９０度ハイブリッド回路の採用により、空間光学系と比較して、例えば偏波ビームスプリッタ及び光電変換部の集積化の実現可能性が高くなり、より小型な光受信器の提供が可能となる。このような背景から、ＰＬＣ型光９０度ハイブリッド回路の実用化が期待されている。【０００４】
図１は、従来のＰＬＣ型光９０度ハイブリッド回路を示す構成図である。この従来のＰＬＣ型光９０度ハイブリッド回路は、特許文献１に示されている。特許文献１は、ＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase-Shift Keying）信号の復調に用いられる光遅延干渉回路に関するものである。これ自体はコヒーレント受信方式に用いられる光受信器を構成する部品には該当しないが、２つの光波を合波し、In-phase成分とQuadrature成分とに分離する光９０度ハイブリッド回路としての機能を回路の一部に含んでいる。以下、In-phase成分を「Ｉ成分」と表記し、Quadrature成分を「Ｑ成分」と表記する。図１には、特許文献１に記載された光回路の中で、光９０度ハイブリッド機能を実現するために必要な回路部分のみの構成を抽出して示している。【０００５】
ここで、図１の従来のＰＬＣ型光９０度ハイブリッド回路に入力された光の伝播過程を説明する。ＰＬＣ外部から入力された信号光は、入力導波路１ａを介して光スプリッタ２ａによって２つに分岐される。ＰＬＣ外部から入力された局部発振光は、入力導波路１ｂを介して光スプリッタ２ｂによって２つに分岐される。光スプリッタ２ａによって２つに分岐された光は、アーム導波路１０ａ、１０ｂを介して２つの光結合器３ａ、３ｂに入力される。光スプリッタ２ｂによって２つに分岐された光は、アーム導波路１０ｃ、１０ｄを介して２つの光結合器３ａ、３ｂに入力される。光結合器３ａ及び光結合器３ｂに入力された信号光及び局部発振光は、各々、合波されて干渉し、その干渉光の位相差が１８０度になるように２つに分岐され、出力される。光結合器３ａから出力される信号光と局部発振光との干渉光は、出力導波路４ａ、５ａを経由して、外部回路として形成され、光電変換部として機能する差動受光部６ａに出力される。光結合器３ｂから出力される信号光と局部発振光との干渉光は、出力導波路４ｂ、５ｂを経由して、外部回路として形成され、光電変換部として機能する差動受光部６ｂに出力される。【０００６】
４本のアーム導波路１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのいずれかに９０度位相シフト部７を設ける。それにより、光結合器３ａ及び光結合器３ｂの各々から出力導波路４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂを介して出力される干渉光を差動受光器６ａ及び６ｂで差分検波することにより、入力された変調信号のＩ成分とＱ成分とを分離することが可能となる。ここで、変調信号のＩ成分及びＱ成分を同時に検出するために、光スプリッタ２ａで分岐された信号光を伝送する２つのアーム導波路１０ａ、１０ｂの導波路長、及び光スプリッタ２ｂで分岐された局部発振光を伝送する２つのアーム導波路１０ｃ、１０ｄの導波路長を、シフト部７を除いて、それぞれ等しくする必要がある。さらに、４本のアーム導波路１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの導波路長を、シフト部７を除いて、等しくすることにより、ＤＱＰＳＫ等の差動位相変調信号を受信するための光遅延干渉回路を構成する光９０度ハイブリッド回路としても利用することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００３／０６３５１５号パンフレット
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】S. H. Chang, H. S. Chung and K. Kim, "Impact of quadrature imbalance in optical coherent QPSK receiver", IEEE Photonics Technology Letters, vol. 21, no. 11, pp. 709-711, June 1, 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、９０度位相シフト部７の構成により、以下に説明する問題が生じる。９０度位相シフト部７は、伝搬光が通過する光路長を、λ×（±１／４＋ｍ）だけ変化させることを目的として設置されている。ここで、λは信号光又は局部発振光の波長、ｍは整数を表す。非特許文献１に示されるように、９０度位相シフト部７における伝搬光の位相シフト量θが９０度からずれると、受信特性は劣化する。例えば、デジタル演算処理において、位相シフト量θの９０度からのずれを補正しない場合、ＢＥＲ（Bit Error Rate）＝１０-３においてＯＳＮＲ（光信号対雑音比）ペナルティを０．５ｄＢ以下に抑制するためには、位相シフト量θの９０度からのずれを５度以内に抑える必要がある。【００１０】
９０度位相シフト部７の構成として、ＰＬＣ上面に薄膜ヒータを装荷して電力を印加し、導波路を構成するコア周辺を加熱することにより、コアの実効屈折率を調整する方法がある。コアの加熱による屈折率変化量をΔＮ、ヒータ長をＬとすると次式が成立する。
Ｌ×ΔＮ＝（±１／４＋ｍ）λ                    （１）【００１１】
この構成の場合、印加電力の調整により位相シフト量θを正確に９０度に調整することが可能となる。一方で、光９０度ハイブリッド回路として機能させるためには常に一定の電力を印加する必要があり、光受信器の消費電力増大につながるという問題を生じる。また、ヒータ及び配線部分の経年変化の影響を考慮すると、位相シフト量θのモニタ機能を付加する必要もあり、光受信器及びその制御機構が複雑化することも懸念される。【００１２】
前述とは別の９０度位相シフト部７の構成として、導波路の長さを調整する方法がある。この場合、４本のアーム導波路１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのうち、９０度位相シフト部７を設置する光導波路についてのみ、次式を満たすように導波路の長さをΔＬだけ変化させればよい。
ΔＬ×Ｎ（λ）＝（±１／４＋ｍ）λ              （２）【００１３】
ここで、Ｎは導波路を構成するコアの実効屈折率を示しており、波長λの関数で表される。この構成の場合、電力を全く消費せず、位相シフト量θのモニタ機能も不要であるという利点がある。しかしながら、ΔＬはある一意の値にしか設定できないため、位相シフト量θが伝搬光の波長λに依存することになる。例えば、ある波長λ1が式（２）を満たすように９０度位相シフト部７のΔＬを設計した場合（θ＝９０度）、異なる波長λ2における位相シフト量θ2は次式で表される。
【数１】
2011001679.tif 000003
【００１４】
光９０度ハイブリッド回路として使用する波長帯域が拡大することに伴い、位相シフト量θの９０度からのずれは大きくなり、受信特性劣化に及ぼす影響も大きくなる。【００１５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、波長無依存化を実現する光９０度ハイブリッド回路を提供するところにある。より詳細には、In-phase出力とQuadrature出力との間の位相差（以下、「ＩＱ位相差」と表記する）の波長無依存化を実現する光９０度ハイブリッド回路を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、第１の光を入力して２つに分岐する第１の光分岐手段と、第２の光を入力して２つに分岐する第２の光分岐手段と、第１の光分岐手段によって分岐された光の一方と第２の光分岐手段によって分岐された光の一方とを合波して干渉光を生成する第１の光結合手段と、第２の光分岐手段によって分岐された光の他方と第２の光分岐手段によって分岐された光の他方とを合波して干渉光を生成する第２の光結合手段とを備え、前記第１の光分岐手段は、前記第１の光を入力して等しい位相を有する２つの光を出力する光結合器から構成され、第２の光分岐手段は、第２の光を入力して９０度の位相差を有する２つの光を出力する光結合器から構成されることを特徴とする光９０度ハイブリッド回路である。【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光９０度ハイブリッド回路において、第１の光分岐手段と第１の光結合手段とを接続する第１のアーム導波路と、第１の光分岐手段と第２の光結合手段とを接続する第２のアーム導波路と、第２の光分岐手段と第１の光結合手段とを接続する第３のアーム導波路と、第２の光分岐手段と第２の光結合手段とを接続する第４のアーム導波路とを備え、第１のアーム導波路、第２のアーム導波路、第３のアーム導波路、及び第４のアーム導波路はそれぞれ、直線部分と、第１の曲線部分と、第２の曲線部分とを有し、第１のアーム導波路、第２のアーム導波路、第３のアーム導波路、及び第４のアーム導波路のそれぞれの直線部分の長さは等しく、第１のアーム導波路、第２のアーム導波路、第３のアーム導波路、及び第４のアーム導波路のそれぞれの第１の曲線部分の半径及び長さは等しく、第１のアーム導波路、第２のアーム導波路、第３のアーム導波路、及び第４のアーム導波路のそれぞれの第２の曲線部分の半径及び長さは等しいことを特徴とする光９０度ハイブリッド回路である。【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光９０度ハイブリッド回路において、第２の光分岐手段は、方向性結合器で構成されることを特徴とする光９０度ハイブリッド回路である。【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光９０度ハイブリッド回路において、第２の光分岐手段は、ＭＭＩカプラで構成されることを特徴とする光９０度ハイブリッド回路である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光９０度ハイブリッド回路のＩＱ位相差の波長無依存化が可能となる。光９０度ハイブリッド回路の入力導波路のうちの１つと結合し、入力された光を２つに分岐する光分岐部として、波長に依然せずに、２つの分岐される光の間の位相差を９０度にする光結合器を利用する。それにより、ＩＱ位相差の波長無依存化に適した回路構成が提供される。したがって、受信特性が劣化することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、従来技術の光９０度ハイブリッド回路を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る光９０度ハイブリッド回路を示す構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施例１に係る光９０度ハイブリッド回路を示す模式図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施例１にかかる光９０度ハイブリッド回路の透過スペクトル測定結果を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の従来技術にかかる光９０度ハイブリッド回路の透過スペクトル測定結果を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施例１及び従来技術にかかる光９０度ハイブリッド回路のＩＱ位相差の評価結果を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施例２に係る光９０度ハイブリッド回路の構成図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、ＩＱ位相差の波長無依存化を可能とする光９０度ハイブリッド回路を提供する。
【００２３】
図２は、本発明にかかるＩＱ位相差の波長無依存化を実現する光９０度ハイブリッド回路の構成を示す図である。本発明にかかる光９０度ハイブリッド回路は、入力導波路１ａと結合された第１の光分岐部２ｃと、入力導波路１ｂと結合された第２の光分岐部９と、第１の光分岐部２ｃと結合されたアーム導波路１０ａ、１０ｂと、第２の光分岐部９と結合されたアーム導波路１０ｃ、１０ｄと、アーム導波路１０ａ、１０ｃと結合された光結合器３ａと、アーム導波路１０ｂ、１０ｄと結合された光結合器３ｂと、光結合器３ａと結合された出力導波路４ａ、５ａと、光結合器３ｂと結合された出力導波路４ｂ、５ｂとを備える。
【００２４】
ここで、各構成要素について説明する。ＰＬＣ外部から入力された信号光は、入力導波路１ａを介して第１の光分岐部２ｃによって２つに分岐される。ＰＬＣ外部から入力された局部発振光は、入力導波路１ｂを介して第２の光分岐部９によって２つに分岐される。第１の光分岐部２ｃによって２つに分岐された光の一方は、アーム導波路１０ａを介して光結合器３ａに入力され、他方は、アーム導波路１０ｂを介して光結合器３ｂに入力される。第２の光分岐部９によって２つに分岐された光の一方は、アーム導波路１０ｃを介して光結合器３ａに入力され、他方は、アーム導波路１０ｄを介して光結合器３ｂに入力される。光結合器３ａに入力された２つの光は、合波されて干渉光となる。光結合器３ｂに入力された２つの光は、合波されて干渉光となる。光結合器３ａから出力される干渉光は、出力導波路４ａ、５ａを経由して、差動受光部６ａに出力される。光結合器３ｂから出力される干渉光は、出力導波路４ｂ、５ｂを経由して、差動受光部６ｂに出力される。
【００２５】
第１の光分岐部は、例えばＹ分岐導波路で構成される光スプリッタとすることができる。第２の光分岐部は、例えば方向性結合器又はＭＭＩカプラとすることができる。
【００２６】
差動受光部６ａ、６ｂは、外部回路として形成され、光電変換部として機能し、光結合器３ａ及び光結合器３ｂのそれぞれから出力される干渉光を差分検波して、入力された変調信号のＩ成分とＱ成分とを分離する。
【００２７】
第２の光分岐部９は、局部発振光を２つに分岐するとともに、２つに分岐する光の間の位相差が波長に依存せずに９０度になるように光の位相をシフトする。第２の光分岐部９の導入により、図１に示した従来技術とは異なり、９０度位相シフト部７を設置することなく、分岐される２つの光の間の位相差が波長に依存せずに９０度になるように光を分岐することができる。これにより、光９０度ハイブリッド回路におけるＩＱ位相差の波長無依存化を実現する。
【００２８】
本発明に係る光９０度ハイブリッド回路の動作原理について、以下で詳細を説明する。第２の光分岐部９としては、２つ以上の入力導波路と２つ以上の出力導波路とを備えた方向性結合器又はＭＭＩ（Multi-Mode Interference）カプラを利用する。ここでは、２つの入力導波路と２つの出力導波路とを備えた方向性結合器を例に挙げて説明する。方向性結合器を構成する２つの光導波路を同一構造とし、方向性結合器長を光導波路の結合長の半分に設定した場合、方向性結合器の伝達行列は次式で表される。
【数２】
2011001679.tif 000004
【００２９】
ここで、Ａ1、Ｂ1は２つの入力導波路に入射するそれぞれの光の電界を表し、Ａ2、Ｂ2は２つの出力から出射するそれぞれの光の電界を表している。式（４）から、（Ａ1、Ｂ1）＝（１、０）の場合は、
【数３】
2011001679.tif 000005
、（Ａ1、Ｂ1）＝（０、１）の場合は、
【数４】
2011001679.tif 000006
となることが分かる。これは、２つの入力導波路の内の１つに光を入力した場合、２つの出力導波路から等強度の光が出力されることを意味している。このように、２つの入力導波路の内の１つに光を入力した場合、方向性結合器は入力光を２つに分岐する第１の光分岐部として、従来技術（図１）に示す光スプリッタ２ｂと同一の機能を果たす。さらに、２つの出力導波路から出力される光の位相関係に注目すると、その位相が互いに９０度ずれていることが分かる。図２の構成で説明すると、アーム導波路１０ｃ及び１０ｄを介して第２の光分岐部９から出力される光について、アーム導波路１０ｄを介して伝送される光の位相がアーム導波路１０ｃを介して伝送される光の位相に比べて９０度ずれることに相当する。これは、従来技術（図１）に示す９０度位相シフト部７と同様の機能を果たしている。
【００３０】
以上で説明したように、図１の従来技術に示す光スプリッタ２ｂを、例えば方向性結合器等に置換することにより、光スプリッタ２ｂ及び９０度位相シフト部７の機能を同時に実現することが可能となる。なお、ここでは、方向性結合器を例に挙げて説明したが、本発明を構成する第２の光分岐部９は方向性結合器に限定されるわけではなく、２つの入力導波路と２つのアーム導波路と接続され、光を分配するＭＭＩカプラ等を用いることも可能である。
【００３１】
１つ以上の入力ポートと、２つ以上の出力ポートを有する第２の光分岐部において、１つ以上の入力ポートのうちの１つは入力導波路２ｂと接続され、２つ以上の出力ポートのうち、出力する光の位相差が９０度である２つの出力ポートのペアを選択してアーム導波路１０ｃ、１０ｄを介して光結合器に出力する構成とすることで、上記の方向性結合器の例と同一の効果を得ることができる。同様に、２つ以上の入力導波路及びアーム導波路と接続されたＭＭＩカプラ等も用いることもできる。
【００３２】
また、図２においては、第２の光分岐部９の２つの入力導波路のうち、光が入力されない入力導波路も描画されているが、光が入力されない導波路は消失していても構わない。これは、２つ以上の入力導波路及びアーム導波路と接続された第２の光分岐部９についても当てはまり、入出力光が通過しない導波路は消失していても本発明の効果は損なわれない。
【００３３】
なお、前述の説明では、局部発振光の入力導波路が第２の光分岐部９と結合しているが、図２において信号光と局部発振光との入力位置を入れ替えた場合でも、互いに直交するＩ成分とＱ成分とを分離するという光９０度ハイブリッド回路の機能は果たされ、且つ、本発明の効果も損なわれないことは明らかである。
【００３４】
次に、本発明にかかる光９０度ハイブリッド回路の構成により実現されるＩＱ位相差の波長無依存化について、定量的に説明する。従来技術の９０度位相シフト部７における位相シフト量θの９０度からのずれの波長依存性を波長の一次関数で表し、β×Δλで表記する。ここで、βは単位[度／ｎｍ]の定数であり、位相シフト量θはθ＝９０＋βΔλで表される。Δλはθ＝９０度となるように設計した基準波長λ０と、伝搬光の波長の差を表している。表１に、出力導波路４ａから出力される光の位相を基準とした場合における、出力導波路４ｂ、５ａ、５ｂから出力される光の相対的な位相関係を示す。
【表１】
2011001679.tif 000007
ここでは、４本のアーム導波路１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの長さはすべて等しいと想定している。光９０度ハイブリッド回路のＩＱ位相差としては、出力導波路４ａ及び４ｂ、４ｂ及び５ａ、５ａ及び５ｂ、５ｂ及び４ａから出力される光の位相差を評価する必要がある。表２に、出力導波路４ａ及び４ｂ、４ｂ及び５ａ、５ａ及び５ｂ、５ｂ及び４ａから出力される光の位相差を示す。ここで、−２７０度及び９０度は、光の位相差の絶対値としては等価なので、表中の各位相差が正数となるように換算した。
【表２】
2011001679.tif 000008
【００３５】
従来技術の構成では、ＩＱ位相差が９０度から±β×Δλだけずれるのに対し、本発明の構成によりＩＱ位相差は波長に依らず９０度となる。すなわち、ＩＱ位相差の９０度からのずれが波長に依らず常に０になることが分かる。これは、従来技術では９０度位相シフト部７における位相シフト量θの波長依存性が不可避であったのに対し、本発明の構成において、第２の光分岐部９から出力される２つの出力の相対位相差が波長に依らず９０度となることを利用した効果である。
【実施例１】
【００３６】
図３は、実際に作製した実施例１に係る光９０度ハイブリッド回路の模式図を示す。本実施例１においては、第１の光分岐手段としてＹ分岐導波路で構成される光スプリッタ２ｄを利用し、第２の光分岐部９として方向性結合器を利用した。光９０度ハイブリッド回路の作製にはＰＬＣ技術が使用された。具体的には、火炎堆積法及び反応性イオンエッチングを使用して、シリコン基板上に石英系ガラス導波路を作製した。コアの断面形状は４．５μｍ四方角であり、比屈折率差は１．５％である。コアを厚さ３０μｍのオーバークラッドガラスにより埋め込んだ。ＩＱ位相差を実験的に評価することを目的として、光スプリッタ１１と遅延線１２とから構成される光遅延回路部１３を本発明の光９０度ハイブリッドの入力導波路１ａ、１ｂに結合した。これは、図２における信号光及び局部発振光の代わりに、同一光源から出力された光を分岐し、分岐した光の一方を遅延線と通して遅延を与え、光９０度ハイブリッド回路の入力導波路１ａ、１ｂに入力することにより、光遅延干渉回路を構成することを目的としている。光遅延干渉回路とすることで、出力導波路４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂから出力される透過スペクトルに基づいて、出力導波路４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂから出力される光の相対的な位相差を算出することが可能となる。ＩＱ位相差の評価後に、光遅延回路部１３を取り除くことにより、光９０度ハイブリッド回路として機能し、且つ、本発明の効果が損なわれないのは明らかである。【００３７】
図４Ａおよび図４Ｂは、作製した光９０度ハイブリッド回路の透過スペクトル測定結果である。図４Ａは、本発明の実施例１にかかる光９０度ハイブリッド回路の透過スペクトル測定結果を示す図であり、図４Ｂは、従来技術にかかる光９０度ハイブリッド回路の透過スペクトル測定結果を示す図である。従来技術と比較するため、従来技術の光９０度ハイブリッド回路を本発明の実施例と同一の作製プロセスで作製し、各出力間の位相差を評価した。その結果も併せて、図４Ａおよび図４Ｂに示す。図５は、図４Ａおよび図４Ｂに示した透過スペクトル測定結果から算出した、各出力間の位相差を入力光波長の関数としてプロットした図である。従来技術の構成において、９０度位相シフト部７の位相シフト量θの９０度からのずれの波長依存性の係数βは、β＝０．０４[度／ｎｍ]であった。それに対し、本実施例の光９０度ハイブリッド回路のＩＱ位相差は波長に依らず０であり、ＩＱ位相差の９０度からのずれの波長依存性が解消されたことを実験的にも確認した。
【実施例２】
【００３８】
コア層の組成が同一の導波路であっても、曲線導波路ではその曲線半径に応じて、直線導波路と異なる等価屈折率分布を示すことが公知である。アーム導波路１０ａ〜１０ｄがそれぞれ直線部分と曲線部分を有するとすると、アーム導波路１０ａ〜１０ｄを構成する直線導波路長と曲線導波路長との比率が、アーム導波路１０ａ〜１０ｄの間でそれぞれ異なると、微小な光路長差の原因となり、ＩＱ位相差の９０度からのずれの発生要因となる。実施例２は、このような問題を鑑みたものである。【００３９】
図６は、本発明の実施例２に係る光９０度ハイブリッド回路の構成図を示す。本実施例２にかかる光９０度ハイブリッド回路は、入力導波路１ａと結合された第１の光分岐部２ｃと、入力導波路１ｂと結合された第２の光分岐部９と、第１の光分岐部２ｃと結合されたアーム導波路１０ａ、１０ｂと、第２の光分岐部９と結合されたアーム導波路１０ｃ、１０ｄと、アーム導波路１０ａ、１０ｃと結合された光結合器３ａと、アーム導波路１０ｂ、１０ｄと結合された光結合器３ｂと、光結合器３ａと結合された出力導波路４ａ、５ａと、光結合器３ｂと結合された出力導波路４ｂ、５ｂとを備える。【００４０】
実施例２において、アーム導波路１０ａ〜１０ｄは、それぞれ、直線部分及び曲線部分を有する。すなわち、アーム導波路１０ａは、曲線部分１０ａ１、１０ａ２及び直線部分１０ａ３を有し、アーム導波路１０ｂは、曲線部分１０ｂ１、１０ｂ２及び直線部分１０ｂ３を有し、アーム導波路１０ｃは、曲線部分１０ｃ１、１０ｃ２及び直線部分１０ｃ３を有し、アーム導波路１０ｄは、曲線部分１０ｄ１、１０ｄ２及び直線部分１０ｄ３を有する。【００４１】
アーム導波路１０ａにおいて、曲線部分１０ａ１は半径Ｒａ１の曲線長の合計Ｒａ１ｌを有し、曲線部分１０ａ２は半径Ｒａ２の曲線長の合計Ｒａ２ｌを有し、直線部分１０ａ３は直線部分１０ａ３の直線長の合計Ｓａｌを有する。【００４２】
アーム導波路１０ｂにおいて、曲線部分１０ｂ１は半径Ｒｂ１の曲線長の合計Ｒｂ１ｌを有し、曲線部分１０ｂ２は半径Ｒｂ２の曲線長の合計Ｒｂ２ｌを有し、直線部分１０ｂ３は直線部分１０ｂ３の直線長の合計Ｓｂｌを有する。【００４３】
アーム導波路１０ｃにおいて、曲線部分１０ｃ１は半径Ｒｃ１の曲線長の合計Ｒｃ１ｌを有し、曲線部分１０ｃ２は半径Ｒｃ２の曲線長の合計Ｒｃ２ｌを有し、直線部分１０ｃ３は直線部分１０ｃ３の直線長の合計Ｓｃｌを有する。【００４４】
アーム導波路１０ｄにおいて、曲線部分１０ｄ１は半径Ｒｄ１の曲線長の合計Ｒｄ１ｌを有し、曲線部分１０ｄ２は半径Ｒｄ２の曲線長の合計Ｒｄ２ｌを有し、直線部分１０ｄ３は直線部分１０ｄ３の直線長の合計Ｓｄｌを有する。【００４５】
実施例２では、アーム導波路の全長に対する、アーム導波路の直線部分の長さの合計と、アーム導波路の曲線部分の長さのそれぞれの割合が、アーム導波路１０ａ〜１０ｄに関してそれぞれ等しくなるように構成されている。従って、アーム導波路１０ａ〜１０ｄの直線部分及び曲線部分は、以下の関係を満たす。
【数５】
2011001679.tif 000009
【００４６】
ここで、Ｌａ〜Ｌｄは、それぞれ、アーム導波路１０ａ〜１０ｄの全長である。【００４７】
すなわち、実施例２では、アーム導波路１０ａ〜１０ｄにおけるＲａ１ｌ〜Ｒｄ１ｌ、Ｒａ２ｌ〜Ｒｄ２ｌ、及びＳａｌ〜Ｓｄｌのそれぞれの長さが互いに一致している。従って、アーム導波路１０ａ〜１０ｄの直線部分及び曲線部分は、以下の関係を満たす。
Ｒａ１ｌ＝Ｒｂ１ｌ＝Ｒｃ１ｌ＝Ｒｄ１ｌ
Ｒａ２ｌ＝Ｒｂ２ｌ＝Ｒｃ２ｌ＝Ｒｄ２ｌ
Ｓａｌ＝Ｓｂｌ＝Ｓｃｌ＝Ｓｄｌ【００４８】
また、アーム導波路の等価屈折率は、アーム導波路の曲線部分の半径に依存するので、アーム導波路１０ａ〜１０ｄの曲線部分はさらに、以下の関係を満たすように構成されている。
Ｒａ１＝Ｒｂ１＝Ｒｃ１＝Ｒｄ１
Ｒａ２＝Ｒｂ２＝Ｒｃ２＝Ｒｄ２【００４９】
実施例２に係る構成により、アーム導波路が曲線部分を有する場合であっても、それぞれのアーム導波路が等しい光路長を有することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、光伝送システムにおけるコヒーレント受信方式に用いられる光受信器の構成部品である光９０度ハイブリッド回路として利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年10月19日(2010.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光を入力して２つに分岐する第１の光分岐手段と、
第２の光を入力して２つに分岐する第２の光分岐手段と、
前記第１の光分岐手段によって分岐された光の一方と前記第２の光分岐手段によって分岐された光の一方とを合波して干渉光を生成する第１の光結合手段と、
前記第１の光分岐手段によって分岐された光の他方と前記第２の光分岐手段によって分岐された光の他方とを合波して干渉光を生成する第２の光結合手段とを備え、
前記第１の光分岐手段は、前記第１の光を入力して等しい位相を有する２つの光を出力する光結合器から構成され、
前記第２の光分岐手段は、前記第２の光を入力して９０度の位相差を有する２つの光を出力する光結合器から構成されることを特徴とする光９０度ハイブリッド回路。
【請求項２】
前記第１の光分岐手段と前記第１の光結合手段とを接続する第１のアーム導波路と、
前記第１の光分岐手段と前記第２の光結合手段とを接続する第２のアーム導波路と、
前記第２の光分岐手段と前記第１の光結合手段とを接続する第３のアーム導波路と、
前記第２の光分岐手段と前記第２の光結合手段とを接続する第４のアーム導波路とを備え、
前記第１のアーム導波路、前記第２のアーム導波路、前記第３のアーム導波路、及び前記第４のアーム導波路はそれぞれ、直線部分と、第１の曲線部分と、第２の曲線部分とを有し、
前記第１のアーム導波路、前記第２のアーム導波路、前記第３のアーム導波路、及び前記第４のアーム導波路のそれぞれの直線部分の長さは等しく、
前記第１のアーム導波路、前記第２のアーム導波路、前記第３のアーム導波路、及び前記第４のアーム導波路のそれぞれの第１の曲線部分の半径及び長さは等しく、
前記第１のアーム導波路、前記第２のアーム導波路、前記第３のアーム導波路、及び前記第４のアーム導波路のそれぞれの第２の曲線部分の半径及び長さは等しいことを特徴とする請求項１に記載の光９０度ハイブリッド回路。
【請求項３】
前記第２の光分岐手段は、方向性結合器で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光９０度ハイブリッド回路。
【請求項４】
前記第２の光分岐手段は、ＭＭＩカプラで構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光９０度ハイブリッド回路。
【国際調査報告】
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