(57)【要約】【課題】受光素子との集積化が可能であり、かつ、差動位相変調光の復調後の感度劣化を抑えることができる半導体光遅延干渉器を得る。【解決手段】半導体光遅延干渉器は、半導体基板上に積層成長された半導体導波層構造を有し、分波光の一方を導波する接続導波路と、分波光の他方を導波し、差動位相変調光である入射光の１タイムスロットに相当する遅延長だけ接続導波路よりも長い経路長を有する遅延導波路とを備える。さらに、接続導波路は、接続導波路内を導波する分波光に対して、遅延導波路の遅延長の伝搬損失に相当する損失を与える損失付加部を備えている。【選択図】図１
2006039037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動位相変調光である入射光を導波する入力導波路と、
前記入射光を分波する分波部と、
前記分波光の一方を導波する接続導波路と、
前記分波光の他方を導波し、前記入射光の１タイムスロットに相当する遅延長だけ前記接続導波路よりも長い経路長を有する遅延導波路と、
前記接続導波路を導波する分波光と、前記遅延導波路を導波する分波光とを合波して干渉光信号を生成し、両分波光のタイムスロット毎の相対位相が一致する場合と一致しない場合とに応じて、前記干渉光信号を光強度信号として出力する出力先を切り換える合分波部と、
前記合分波部から相対位相が一致する場合に出力される前記光強度信号を導波する第１の出力導波路と、
前記合分波部から相対位相が一致しない場合に出力される前記光強度信号を導波する第２の出力導波路と
を含む半導体導波層構造を半導体基板上に積層成長させ、前記差動位相変調光を復調するための前記光強度信号を出力する半導体光遅延干渉器において、
前記接続導波路は、前記接続導波路内を導波する分波光に対して、前記遅延導波路の遅延長の伝搬損失に相当する損失を与える損失付加部を備えたことを特徴とする半導体光遅延干渉器。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体光遅延干渉器において、
前記接続導波路は、前記接続導波路内を導波する分波光の位相を調整する位相調整部を備えたことを特徴とする半導体光遅延干渉器。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体光遅延干渉器において、
前記位相調整部は、前記損失付加部近傍に設けられた一対の電極を有し、前記一対の電極間に電圧を印加することにより前記分波光の位相を調整することを特徴とする半導体光遅延干渉器。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体光遅延干渉器において、
前記位相調整部は、多重量子井戸構造であるＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ層を有することを特徴とする半導体光遅延干渉器。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体光遅延干渉器において、
前記損失付加部は、前記接続導波路内に設けられ、導波路の断面積を部分的に小さくした狭断面部であることを特徴とする半導体光遅延干渉器。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体光遅延干渉器において、
前記損失付加部は、前記接続導波路内に設けられ、導波路の曲率半径を部分的に小さくした曲げ損失部であることを特徴とする半導体光遅延干渉器。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の半導体光遅延干渉器において、
前記損失付加部の近傍に放射損失の増加に伴う放射光を吸収する光吸収手段をさらに備えたことを特徴とする半導体光遅延干渉器。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体光遅延干渉器において、
前記光吸収手段は、吸収端波長を信号光波長帯の近傍にした光吸収層であることを特徴とする半導体光遅延干渉器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムの光伝送装置において、差動位相変調信号を復調する際に用いる光遅延干渉装置の小型化、高性能化を実現する半導体光遅延干渉器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２値信号として光の相対位相を用いるＤＰＳＫ(Differential Phase Shift Keying)変調方式が注目を浴びている。２値信号として光の強度を用いる従来のＯＯＫ(On Off Keying)方式と比較して、受信感度を２倍に向上させることができるため、特に、１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の伝送速度において、この方式の有効性が確認されている。
【０００３】
一般的に、ＤＰＳＫ光信号の復調には、１ビット遅延干渉計と２つの受光素子からなるバランスド光受信器が用いられる。隣接ビット間の相対位相として符号化された位相信号は，マッハ・ツェンダー干渉計の２つのアーム間に設けられた１ビットの遅延差によって、干渉による強め合いが生じるポート(Constructive port)と、干渉による弱め合いが生じるポート(Destructive port)とに、強度信号として変換して振り分けることで復調を実現している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
一方，半導体材料を用いた光導波路に関する研究も、近年盛んに行われている。半導体の代表であるシリコン（Ｓｉ）、あるいは化合物半導体であるインジウム・リン（ＩｎＰ）またはガリウム・砒素（ＧａＡｓ）の屈折率は、３から４という大きな値をとる。これにより、同じ遅延差を得るにも石英に比べて１／２から１／３の長さで済む上、比屈折率差を大きくし、曲率半径を小さくすることができ、デバイスの小型化が可能となる（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、光通信波長帯における受光素子には、インジウム・リン系フォトダイオードが用いられることが多く、半導体材料を用いた光導波路を採用することにより、光導波路と受光素子との集積化が容易となり、光遅延干渉装置の小型化、低コスト化が可能となる。
【０００６】
【非特許文献１】T．Yamada et． al．, "A hybrid integrated differential photoreceiver module using a PLC platform for a bit-synchronous intensity modulated DPSK system," Proc． of Seventh Optoelectronics and Communications Conference (OECC 2002), Yokohama, Kanagawa, Japan, 10C1-3, pp．138-139, 2002．
【非特許文献２】T．Tsuchizawa et． al．, "Fabrication and evaluation of submicron-square Si wire waveguides with spot size converters," Proc． of the 15th Annual Meeting of the IEEE Lasers and Electro=Optics Society (IEEE, Piscataway NJ), pp．287-288, 2002．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。従来のＤＰＳＫ変調方式を用いた１ビット遅延干渉計は、伝搬損失が小さい点と、伝送路である光ファイバとの整合性の観点とから、石英系導波路を用いることが多かった。しかし、石英の屈折率は、１．４７程度と小さいため、所望の遅延差を得るには、ある程度の光路長差が必要となる。
【０００８】
例えば、伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓの信号における１ビットは１００ｐｓであり、石英上での長さに換算すると約２ｃｍ必要となる。加えて、導波路の被屈折率差を大きく確保できないため、曲げによる放射損失を増加させない導波路構造を実現するには、曲率半径５ｃｍ以上で設計する必要があり、結果として、非常に大きなデバイスとなってしまう。また，半導体であるバランスド受信器用の受光素子との集積化も非常に困難である。
【０００９】
また、半導体材料を用いた光導波路の伝搬損失は、石英に比べて大きい。非特許文献２に記載されているシリコン導波路において、伝搬損失の最良値は、６ｄＢ／ｃｍ程度もある。したがって、１００ｐｓ遅延時間を得るためには、６ｄＢ程度の損失差が両アーム間に生じることとなる。このように、導波路の伝搬損失が大きい場合には、感度劣化が問題となってくる。例えば、６ｄＢ程度の損失差に対しては、１ｄＢ近い感度劣化が生じることになり、これによりＤＰＳＫ方式の優位性がなくなってしまう。
【００１０】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、受光素子との集積化が可能であるとともに、差動位相変調光の復調後の感度劣化を抑えることができる半導体光遅延干渉器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る半導体光遅延干渉器は、差動位相変調光である入射光を導波する入力導波路と、入射光を分波する分波部と、分波光の一方を導波する接続導波路と、分波光の他方を導波し、入射光の１タイムスロットに相当する遅延長だけ接続導波路よりも長い経路長を有する遅延導波路と、接続導波路を導波する分波光と、遅延導波路を導波する分波光とを合波して干渉光信号を生成し、両分波光のタイムスロット毎の相対位相が一致する場合と一致しない場合とに応じて、干渉光信号を光強度信号として出力する出力先を切り換える合分波部と、合分波部から相対位相が一致する場合に出力される光強度信号を導波する第１の出力導波路と、合分波部から相対位相が一致しない場合に出力される光強度信号を導波する第２の出力導波路とを含む半導体導波層構造を半導体基板上に積層成長させ、差動位相変調光を復調するための光強度信号を出力する半導体光遅延干渉器であって、接続導波路は、接続導波路内を導波する分波光に対して、遅延導波路の遅延長の伝搬損失に相当する損失を与える損失付加部を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体基板上に積層成長された２本の導波路を有する半導体導波層構造部を備え、２本の導波路を伝搬する光の損失差を低減するために、一方の導波路に放射損失を与える損失付加部を設けることにより、受光素子との集積化が可能になるとともに、差動位相変調光の復調後の感度劣化を抑えることができる半導体光遅延干渉器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の半導体光遅延干渉器の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明の半導体光遅延干渉器は、半導体基板上に積層成長された遅延導波路及び接続導波路を備え、接続導波路内を導波する分波光に対して、遅延導波路の遅延長の伝搬損失に相当する損失を与える損失付加部を接続導波路内に設けることにより、受光素子との集積化が可能になることに加えて、差動位相変調光の復調後の感度劣化を抑えることができることを特徴とする。なお、以下の説明においては、半導体光遅延干渉器に入射する差動位相変調光として、ＤＰＳＫ変調信号光を想定している。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図であり、光遅延干渉器を用いた伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓのＤＰＳＫ光受信器である。
【００１５】
本実施の形態１における半導体光遅延干渉器は、半導体基板１上に積層成長された半導体導波層構造部で構成される。この半導体導波層構造部は、入力導波路２、入力分岐用多モード干渉カプラ３、合分波用多モード干渉カプラ４、接続導波路５、遅延導波路６、第１の出力導波路７ａ及び第２の出力導波路７ｂで構成される。
【００１６】
入力導波路２は、差動位相変調光である入射光を導波する導波路である。入力分岐用多モード干渉カプラ３は、入射光を２つの分波光に分波するための分波部である。合分波用多モード干渉カプラ４は、入力分岐用多モード干渉カプラ３で分波された２つの分波光を一旦合波して干渉光信号を生成し、両分波光のタイムスロット毎の相対位相が一致する場合と一致しない場合とに応じて干渉光信号を光強度信号として出力する出力先を切り換える合分波部である。
【００１７】
接続導波路５は、入力分岐用多モード干渉カプラ３で分波された２つの分波光のうちの一方を合分波用多モード干渉カプラ４へ伝搬する導波路である。この接続導波路５は、伝搬する光に放射損失を与えるための損失付加部として、部分的に断面積が小さくなっている狭断面部５１を有している。
【００１８】
遅延導波路６は、入力分岐用多モード干渉カプラ３で分波された２つの分波光のうちのもう一方を合分波用多モード干渉カプラ４へ伝搬する導波路であり、接続導波路５を伝搬する光との間に位相差を有する導波路である。第１の出力導波路７ａは、相対位相が一致する場合に光強度信号が出力される合分波用多モード干渉カプラ４のポートにつながれた出力導波路である。さらに、第２の出力導波路７ｂは、相対位相が一致しない場合に光強度信号が出力される合分波用多モード干渉カプラ４のポートにつながれた出力導波路である。
【００１９】
また、半導体光遅延干渉器の後段には、差動位相変調光の復調手段が接続されており、第１のフォトダイオード８ａ、第２のフォトダイオード８ｂ及び引き算回路９で構成される。第１のフォトダイオード８ａと第２のフォトダイオード８ｂは、それぞれ第１の出力導波路７ａと第２の出力導波路７ｂを介して出力される光強度信号を電気信号に変換する受光素子である。引き算回路９は、第１のフォトダイオード８ａ及び第２のフォトダイオード８ｂからのそれぞれの電気信号から差動信号を生成し、差動位相変調光の復調を行う引き算回路である。
【００２０】
次に、本実施の形態１の半導体光遅延干渉器の動作について説明する。まず入力導波路２から入射したＤＰＳＫ変調信号光は、入力分岐用多モード干渉カプラ３によって２つの経路を伝搬する光に分離される。この入力分岐用多モード干渉カプラ３は、分岐を１対１、すなわち入射光を半分ずつに分岐する作用を有している。半分の光強度となった２つの分岐信号光は、それぞれ接続導波路５および遅延導波路６を伝搬して合分波用多モード干渉カプラ４に入射する。
【００２１】
遅延導波路６を伝搬する信号光は、接続導波路５を伝搬する信号光に対して、伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓにおける１タイムスロット分に相当する１００ｐｓ分の遅延が与えられる。この時、接続導波路５及び遅延導波路６に用いたＩｎＰの屈折率は、３．２程度であるため、これらの導波路の中を光が１００ｐｓの間に伝搬する長さは、９．４ｍｍとなる。したがって、遅延導波路６の経路長は、接続導波路５よりも９．４ｍｍ分長くなっている。
【００２２】
接続導波路５を伝搬したＤＰＳＫ信号と遅延導波路６を伝搬したＤＰＳＫ信号とは、１タイムスロット分の遅延をもって、合分波用多モード干渉カプラ４によって合波される。すなわち、合分波用多モード干渉カプラ４は、接続導波路５からの信号光を現タイムスロットの信号として、そして遅延導波路６からの信号光を１タイムスロット分遅延した前タイムスロットの信号として受け取ることができ、両信号を合波して干渉光信号を生成する。
【００２３】
さらに、合分波用多モード干渉カプラ４は、２つの導波路を出力先として有しており、両信号の相対位相に応じて、出力先を切り換えて干渉光信号を光強度信号として出力する。すなわち、相対位相が一致した場合には、干渉が強め合うポート(Constructive port)である第１の出力導波路７ａに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。また、相対位相が一致しない場合には、干渉が弱め合うポート(Destructive port)である第２の出力導波路７ｂに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。
【００２４】
第１のフォトダイオード８ａ及び第２のフォトダイオード８ｂは、第１の出力導波路７ａ及び第２の出力導波路７ｂから出力されたそれぞれの光強度信号を、電気信号に変換する。さらに、引き算回路９は、それぞれの電気信号を用いて識別再生することによって、ＤＰＳＫ変調信号光を復調することができる。
【００２５】
ここで、ＩｎＰ導波路の伝搬損失を６ｄＢ／ｃｍと仮定すると、長さ９．４ｍｍの遅延に相当する５．４ｄＢ分だけ遅延導波路６の損失が接続導波路５の損失よりも大きくなる。図２は、本発明の実施の形態１における信号光の損失差と復調後の信号の受信感度劣化との関係を示した図である。損失差が大きくなるにしたがって、感度劣化も大きくなり、５．４ｄＢの損失差に対しては、１ｄＢ近い感度劣化が生じることを示している。
【００２６】
そこで、この感度劣化の問題を解決するために、本実施の形態１の接続導波路５は、断面積を他の導波路部分よりも小さくした狭断面部５１を有している。狭断面部５１は、断面積を小さくすることで、放射損失を増加させることができ、この結果、接続導波路５と遅延導波路６との光信号の損失差を低減させることができる。導波路内を厚さ方向に閉じ込められる光強度は、導波路の実際の厚さとエバネセント深さとの和として表される導波路の実効厚さに比例する。したがって、接続導波路５内の狭断面部５１の厚さを薄くすることで、放射光を増加させることができる。
【００２７】
ここで、損失差を相殺するための精度は、あまり重要ではなく、損失差が必ずしも０ｄＢでなくても、例えば１ｄＢ程度あったとしても感度劣化を抑える効果がある。図３は、図２における信号光の損失差と復調後の信号の受信感度劣化との関係を部分的に拡大した図である。図３において、例えば、損失差が１ｄＢのときの感度劣化は、約０．０３ｄＢと無視できるほど小さいことがわかる。
【００２８】
実施の形態１によれば、損失付加部に相当する狭断面部を設けて接続導波路の断面積を部分的に小さくすることにより、接続導波路と遅延導波路との伝搬損失差を減らすことができ、光信号の復調後の感度劣化を抑えた半導体光遅延干渉器を得ることができる。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態１は、接続導波路５と遅延導波路６との伝搬損失差を減らす目的で、放射損失を与えるための導波路構造として狭断面部５１を用いた。実施の形態２は、このような狭断面部５１に対して、電極を設けてポッケルス効果あるいは量子閉じ込めシュタルク効果によって生じる屈折率変化によって光の位相制御を行う機能をさらに追加した場合の遅延干渉計に関するものである。
【００３０】
図４は、本発明の実施の形態２における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図であり、光遅延干渉器を用いた伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓのＤＰＳＫ光受信器である。実施の形態１における図１の半導体光遅延干渉器と比較すると、本実施の形態２における図４の半導体光遅延干渉器は、ｐ側電極１０及びｎ側電極１１をさらに備えている。
【００３１】
ｐ側電極１０は、接続導波路５の狭断面部５１の上に設けられ、Ｔｉ／Ａｕ等で形成されたｐ側の電極である。また、ｎ側電極１１は、半導体基板１の裏面に設けられ、Ｔｉ／Ａｕ等で形成されたｎ側の電極である。このｐ側電極１０とｎ側電極１１は、一対の電極に相当する。
【００３２】
次に、本実施の形態２の半導体光遅延干渉器の動作について説明する。まず入力導波路２から入射したＤＰＳＫ変調信号光は、入力分岐用多モード干渉カプラ３によって２つの経路を伝搬する光に分離される。この入力分岐用多モード干渉カプラ３は、分岐を１対１、すなわち入射光を半分ずつに分岐する作用を有している。半分の光強度となった２つの分岐信号光は、それぞれ接続導波路５および遅延導波路６を伝搬して合分波用多モード干渉カプラ４に入射する。
【００３３】
遅延導波路６を伝搬する信号光は、接続導波路５を伝搬する信号光に対して、伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓにおける１タイムスロット分に相当する１００ｐｓ分の遅延が与えられる。この時、接続導波路５及び遅延導波路６に用いたＩｎＰの屈折率は、３．２程度であるため、これらの導波路の中を光が１００ｐｓの間に伝搬する長さは、９．４ｍｍとなる。したがって、遅延導波路６の経路長は、接続導波路５よりも９．４ｍｍ分長くなっている。
【００３４】
接続導波路５を伝搬したＤＰＳＫ信号と遅延導波路６を伝搬したＤＰＳＫ信号とは、１タイムスロット分の遅延をもって、合分波用多モード干渉カプラ４によって合波される。すなわち、合分波用多モード干渉カプラ４は、接続導波路５からの信号光を現タイムスロットの信号として、そして遅延導波路６からの信号光を１タイムスロット分遅延した前タイムスロットの信号として受け取ることができ、両信号を合波して干渉光信号を生成する。
【００３５】
さらに、合分波用多モード干渉カプラ４は、両信号の相対位相に応じて、出力先を切り換えて干渉光信号を光強度信号として出力する。すなわち、相対位相が一致した場合には、干渉が強め合うポート(Constructive port)である第１の出力導波路７ａに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。また、相対位相が一致しない場合には、干渉が弱め合うポート(Destructive port)である第２の出力導波路７ｂに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。
【００３６】
しかし、実際には、接続導波路５と遅延導波路６の屈折率の違いあるいはそれぞれの導波路内での偏波の違いによる伝搬定数の違いなどによって、信号光のキャリア周波数の位相が２つの経路で異なるため、十分な干渉作用を得られなくなる懸念がある。
【００３７】
そこで、実施の形態２における半導体光遅延干渉器は、接続導波路５上に形成したｐ側電極１０と半導体基板１の裏面に形成したｎ側電極１１との間の電圧を調整し、接続導波路５の狭断面部５１に生じる電界を変えることで屈折率を変化させ、光のキャリア周波数の位相を調整することにより、十分な干渉作用を得ようとするものである。
【００３８】
例えば、量子井戸構造を最適化したＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸構造を用いて、吸収端波長を１．４７μｍとすることによって、信号光波長である１．５５μｍ帯での量子閉じ込めシュタルク効果による吸収変化量を抑え、かつ、同効果の屈折率変化量だけを大きくするような導波路を得ることができる。
【００３９】
位相が調整された光信号に基づいて合分波用多モード干渉カプラ４によって分岐された出力光は、その後、実施の形態１と同様に処理される。すなわち、第１のフォトダイオード８ａ及び第２のフォトダイオード８ｂは、第１の出力導波路７ａ及び第２の出力導波路７ｂから出力されたそれぞれの光強度信号を、電気信号に変換する。さらに、引き算回路９は、それぞれの電気信号を用いて識別再生することによって、ＤＰＳＫ変調信号光を復調することができる。
【００４０】
実施の形態２によれば、狭断面部を設けて接続導波路の断面積を小さくすることにより、接続導波路と遅延導波路との伝搬損失差を減らし、かつ、狭断面部と半導体基板裏面とに一対の電極を設けて印加電圧を調整することにより、量子閉じ込めシュタルク効果による屈折率制御による光キャリアの位相を調整することができ、位相の違いによる干渉作用の劣化を低減した、より高性能で安定した特性を有する半導体光遅延干渉器を得ることができる。
【００４１】
実施の形態３．
実施の形態１及び２は、遅延干渉計における接続導波路５と遅延導波路６との伝搬損失差を減らす目的で、放射損失を与えるための導波路構造として狭断面部５１を用いた。実施の形態３は、接続導波路内に急峻な曲率半径の曲げ損失部を設けることによって放射損失を増加させた場合の遅延干渉計に関するものである。
【００４２】
図５は、本発明の実施の形態３における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図であり、光遅延干渉器を用いた伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓのＤＰＳＫ光受信器である。実施の形態１における図１の半導体光遅延干渉器と比較すると、本実施の形態３における図５の半導体光遅延干渉器は、接続導波路５内に急峻な曲率半径を有する曲げ損失部５２をさらに備えている。
【００４３】
次に、本実施の形態３の半導体光遅延干渉器の動作について説明する。まず入力導波路２から入射したＤＰＳＫ変調信号光は、入力分岐用多モード干渉カプラ３によって２つの経路を伝搬する光に分離される。この入力分岐用多モード干渉カプラ３は、分岐を１対１、すなわち入射光を半分ずつに分岐する作用を有している。半分の光強度となった２つの分岐信号光は、それぞれ接続導波路５および遅延導波路６を伝搬して合分波用多モード干渉カプラ４に入射する。
【００４４】
遅延導波路６を伝搬する信号光は、接続導波路５を伝搬する信号光に対して、伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓにおける１タイムスロット分に相当する１００ｐｓ分の遅延が与えられる。この時、接続導波路５及び遅延導波路６に用いたＩｎＰの屈折率は、３．２程度であるため、これらの導波路の中を光が１００ｐｓの間に伝搬する長さは、９．４ｍｍとなる。したがって、遅延導波路６の経路長は、接続導波路５よりも９．４ｍｍ分長くなっている。
【００４５】
接続導波路５を伝搬したＤＰＳＫ信号と遅延導波路６を伝搬したＤＰＳＫ信号とは、１タイムスロット分の遅延をもって、合分波用多モード干渉カプラ４によって合波される。すなわち、合分波用多モード干渉カプラ４は、接続導波路５からの信号光を現タイムスロットの信号として、そして遅延導波路６からの信号光を１タイムスロット分遅延した前タイムスロットの信号として受け取ることができ、両信号を合波して干渉光信号を生成する。
【００４６】
さらに、合分波用多モード干渉カプラ４は、両信号の相対位相に応じて、出力先を切り換えて干渉光信号を光強度信号として出力する。すなわち、相対位相が一致した場合には、干渉が強め合うポート(Constructive port)である第１の出力導波路７ａに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。また、相対位相が一致しない場合には、干渉が弱め合うポート(Destructive port)である第２の出力導波路７ｂに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。
【００４７】
第１のフォトダイオード８ａ及び第２のフォトダイオード８ｂは、第１の出力導波路７ａ及び第２の出力導波路７ｂから出力されたそれぞれの光強度信号を、電気信号に変換する。さらに、引き算回路９は、それぞれの電気信号を用いて識別再生することによって、ＤＰＳＫ変調信号光を復調することができる。
【００４８】
ここで、ＩｎＰ導波路の伝搬損失を６ｄＢ／ｃｍと仮定すると、長さ９．４ｍｍの遅延に相当する５．４ｄＢ分だけ遅延導波路６の損失が接続導波路５の損失よりも大きくなる。そこで、このような損失差を減らすために、本実施の形態３の接続導波路５は、非常に小さな曲率半径からなる曲げ損失部５２を有している。曲げ損失部５２は、導波路の曲率半径を小さくすることで、放射損失を増加させることができ、この結果、接続導波路５と遅延導波路６との光信号の損失差を低減させることができる。
【００４９】
実施の形態３によれば、損失付加部に相当する曲げ損失部を設けて接続導波路に急峻な曲げを部分的に加えることにより、接続導波路と遅延導波路との伝搬損失差を減らすことができ、光信号の復調後の感度劣化を抑えた半導体光遅延干渉器を得ることができる。
【００５０】
実施の形態４．
実施の形態１及び実施の形態２では、放射損失を与えるための導波路構造として狭断面部５１を用いた。また、実施の形態３では、放射損失を与えるための導波路構造として曲げ損失部５２を用いた。このように放射損失を増加させた場合には、損失となる放射光が再び導波路に結合するとクロストーク光となって伝送品質を劣化させることとなる。そこで、実施の形態４では、このような伝送品質の劣化を防止するために、放射光の再結合を抑えた場合の遅延干渉計に関して説明する。
【００５１】
図６は、本発明の実施の形態４における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図であり、光遅延干渉器を用いた伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓのＤＰＳＫ光受信器である。実施の形態１における図１の半導体光遅延干渉器と比較すると、本実施の形態４における図６の半導体光遅延干渉器は、接続導波路５の狭断面部５１の近傍に光吸収層１２をさらに備えている。
【００５２】
次に、本実施の形態４の半導体光遅延干渉器の動作について説明する。まず入力導波路２から入射したＤＰＳＫ変調信号光は、入力分岐用多モード干渉カプラ３によって２つの経路を伝搬する光に分離される。この入力分岐用多モード干渉カプラ３は、分岐を１対１、すなわち入射光を半分ずつに分岐する作用を有している。半分の光強度となった２つの分岐信号光は、それぞれ接続導波路５および遅延導波路６を伝搬して合分波用多モード干渉カプラ４に入射する。
【００５３】
遅延導波路６を伝搬する信号光は、接続導波路５を伝搬する信号光に対して、伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓにおける１タイムスロット分に相当する１００ｐｓ分の遅延が与えられる。この時、接続導波路５及び遅延導波路６に用いたＩｎＰの屈折率は、３．２程度であるため、これらの導波路の中を光が１００ｐｓの間に伝搬する長さは、９．４ｍｍとなる。したがって、遅延導波路６の経路長は、接続導波路５よりも９．４ｍｍ分長くなっている。
【００５４】
接続導波路５を伝搬したＤＰＳＫ信号と遅延導波路６を伝搬したＤＰＳＫ信号とは、１タイムスロット分の遅延をもって、合分波用多モード干渉カプラ４によって合波される。すなわち、合分波用多モード干渉カプラ４は、接続導波路５からの信号光を現タイムスロットの信号として、そして遅延導波路６からの信号光を１タイムスロット分遅延した前タイムスロットの信号として受け取ることができ、両信号を合波して干渉光信号を生成する。
【００５５】
さらに、合分波用多モード干渉カプラ４は、両信号の相対位相に応じて、出力先を切り換えて干渉光信号を光強度信号として出力する。すなわち、相対位相が一致した場合には、干渉が強め合うポート(Constructive port)である第１の出力導波路７ａに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。また、相対位相が一致しない場合には、干渉が弱め合うポート(Destructive port)である第２の出力導波路７ｂに対して、干渉光信号を光強度信号として出力する。
【００５６】
第１のフォトダイオード８ａ及び第２のフォトダイオード８ｂは、第１の出力導波路７ａ及び第２の出力導波路７ｂから出力されたそれぞれの光強度信号を、電気信号に変換する。さらに、引き算回路９は、それぞれの電気信号を用いて識別再生することによって、ＤＰＳＫ変調信号光を復調することができる。
【００５７】
ここで、接続導波路５における狭断面部５１からの放射光が、再び接続導波路５あるいは遅延導波路６に結合すると、クロストーク光となってしまう。このクロストーク光は、信号と同一波長であり、コヒーレンスが高いため、たとえ−３０ｄＢ以下の光強度であったとしても、伝送品質を大幅に劣化させることになる。
【００５８】
そこで、このような放射光の影響を抑えるために、本実施の形態４の半導体光遅延干渉器は、接続導波路５の狭断面部５１の近傍に形成された光吸収層１２を有している。光吸収層１２は、吸収端波長を信号光波長帯付近とすることで、このような放射光を吸収することができ、この結果、クロストーク光による伝送品質劣化を低減させることができる。
【００５９】
実施の形態４によれば、狭断面部を設けて接続導波路の断面積を小さくすることにより、接続導波路と遅延導波路との伝搬損失差を減らし、かつ、狭断面部で放射損失を増加させることに伴って生じる放射光が、再び導波路に入射するのを防ぐための光吸収層を備えることにより、クロストーク光の影響による伝送品質劣化を低減し、復調後の感度劣化を抑えた半導体光遅延干渉器を得ることができる。
【００６０】
なお、上述において、光吸収層１２を設ける場所は、接続導波路５の狭断面部５１の近傍として干渉計の内側に配置しているが、本実施の形態４は、これに限定されるものではない。放射光を効果的に吸収し、かつ、伝搬光の伝搬損失が著しく大きくならない場所であれば、光吸収層１２をどこに配置してもよく、上述と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
さらに、上述において、損失付加部の一例として狭断面部５１を用いた場合を説明したが、曲げ損失部５２などその他の損失付加部に対しても、光吸収層１２を設けることにより同様の効果を得ることができる。
【００６２】
さらに、上述の実施の形態１〜４において、光を２つに分岐したり、２つの光を１つに合波したりするために多モード干渉カプラを用いているが、本実施の形態は、これに限定されるものではない。多モード干渉カプラの代わりとして、方向性結合器あるいはＹ分岐カプラを用いることによっても、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における信号光の損失差と復調後の信号の受信感度劣化との関係を示した図である。
【図３】図２における損失差と受信感度劣化との関係を部分的に拡大した図である。
【図４】本発明の実施の形態２における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図である。
【図５】本発明の実施の形態３における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図である。
【図６】本発明の実施の形態４における半導体光遅延干渉器を含む全体構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  半導体基板、２  入力導波路、３  入力分岐用多モード干渉カプラ（分波部）、４  合分波用多モード干渉カプラ（合分波部）、５  接続導波路、６  遅延導波路、７ａ  第１の出力導波路、７ｂ  第２の出力導波路、８ａ  第１のフォトダイオード、８ｂ  第２のフォトダイオード、９  引き算回路、１０  ｐ側電極（一対の電極）、１１  ｎ側電極（一対の電極）、１２  光吸収層（光吸収手段）、５１  狭断面部（損失付加部）、５２  曲げ損失部（損失付加部）。
【図１】
2006039037.tif 000003
【図２】
2006039037.tif 000004
【図３】
2006039037.tif 000005
【図４】
2006039037.tif 000006
【図５】
2006039037.tif 000007
【図６】
2006039037.tif 000008