(57)【要約】【課題】作製揺らぎを許容しつつ、偏波多重光変調器のＰＤＬを最小化する手法を提供すること。【解決手段】１つの光を２分岐する光分岐器と、分岐された２つの光それぞれに対して光変調する２つの光変調器と、光変調された２つの光の偏波方向が直交するように偏波方向を回転する偏波制御器と、偏波方向が互いに直交した２つの偏波光を合波して１つの偏波多重光信号を生成する偏波合波器とを備え、前記光分波器は光スイッチを有し、該光スイッチは、前記光変調器、前記偏波制御器、および前記偏波合波器で発生する光損失を補償するように、出力する２つの光の強度比を調整することを特徴とする偏波多重光変調器である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの光を２分岐する光分岐器と、
分岐された２つの光それぞれに対して光変調する２つの光変調器と、
光変調された２つの光の偏波方向が直交するように偏波方向を回転する偏波制御器と、
偏波方向が互いに直交した２つの偏波光を合波して１つの偏波多重光信号を生成する偏波合波器とを備え、
前記光分波器は光スイッチを有し、該光スイッチは、前記光変調器、前記偏波制御器、および前記偏波合波器で発生する光損失を補償するように、出力する２つの光の強度比を調整することを特徴とする偏波多重光変調器。
【請求項２】
前記光分岐器と前記２つの光変調器とは、同一の基板上にモノリシックに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の偏波多重光変調器。
【請求項３】
前記光分岐器と前記２つの光変調器と、偏波制御器と、偏波合波器とは、同一の基板上にモノリシックに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の偏波多重光変調器。
【請求項４】
前記光分岐器に光を入力する光源をさらに有し、該光源は前記基板上に集積されていることを特徴とする請求項２または３に記載の偏波多重光変調器。
【請求項５】
前記２つの光変調器のそれぞれの出力をモニタするフォトディテクタと、前記フォトディテクタでモニタした２つの光変調器の出力を比較する比較器とをさらに有し、前記比較器は、比較結果を前記光分岐器にフィードバックすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の偏波多重光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏波多重光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏波多重光変調器は、より多くの情報を乗せた光信号を光ファイバにおいて伝送する偏波多重通信を実現する光デバイスとして知られている。偏波多重通信では、偏波多重光変調器において、光源からの光（１方向の直線偏波）を２分岐して、分岐された各光に対してそれぞれ光変調を行うことによって各変調光に信号を乗せ２つの変調光を互いに直交する偏波光とした後に合波して偏波多重光信号を生成し、この生成された偏波多重光信号を光ファイバにより伝送している。
【０００３】
このように偏波多重光変調器では、互いに直交する２つの偏波光を合波することによって偏波多重光信号を生成するので、偏波多重光信号を構成する直交する２偏波光の光強度は互いに異なる場合がある。２つの偏波の光強度が異なると、偏波に依存した損失（偏波依存損失：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ  ｌｏｓｓ：ＰＤＬ）が生ずる。このＰＤＬを極力小さくするために、偏波多重光信号を構成する直交する２つの偏波光の光強度の差が極力小さいことが求められる。
【０００４】
偏波多重通信を実現する偏波多重光変調器としては例えば、非特許文献１に記載のものが知られえている。非特許文献１では、ＩｎＰ基板上に、入力光を２分岐する分波器としての１×２ポートの多モード干渉導波路カプラ（Ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｃｏｕｐｌｅｒ：ＭＭＩ）と、その後段に光変調を行う変調器としてのマッハツェンダ干渉変調器（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＭＺＭ）と、２つの偏波を直交させる偏波制御器と、直交する２つの偏波光を合波する偏波合波器とを集積することで偏波多重光変調器を構成している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Masaki Kohtoku， “Compact InP−based Optical Modulator for 100−Gb／s Coherent Pluggable Transceivers”， in Proc． of OFC 2015， Tf4F．3， 2015．
【非特許文献２】Y． Ueda， S． Nakamura， S． Fujimoto， H． Yamada， K． Utaka，T． Shiota， and T． Kitatani， “Polarization−Independent Low−Crosstalk Operation of InAlGaAs−InAlAs Mach−Zehnder Interferometer−Type Photonic Switch With Hybrid Waveguide Structure”， IEEE Photon． Technol． Lett． vol． 21， pp．1118−1120 （2009）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
分波器としての１×２ポートのＭＭＩは、作製揺らぎに強く、安定して入力光を２分岐することができる。従って、その後段に接続された変調器、偏波制御器、偏波合波器等の光機能部が、２分岐されたそれぞれの光に対して等しい損失を持っているならば、生成された偏波多重光信号を構成する２つの偏波光の強度の差であるＰＤＬを小さくすることができるが、実際には異なる２光路上の光学損失を等しくすることは作製揺らぎの観点で難しい。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みなされたものであって、本発明の課題は、作製揺らぎを許容しつつ、偏波多重光変調器のＰＤＬを最小化する手法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、一実施形態に記載の発明は、１つの光を２分岐する光分岐器と、分岐された２つの光それぞれに対して光変調する２つの光変調器と、光変調された２つの光の偏波方向が直交するように偏波方向を回転する偏波制御器と、偏波方向が互いに直交した２つの偏波光を合波して１つの偏波多重光信号を生成する偏波合波器とを備え、前記光分波器は光スイッチを有し、該光スイッチは、前記光変調器、前記偏波制御器、および前記偏波合波器で発生する光損失を補償するように、出力する２つの光の強度比を調整することを特徴とする偏波多重光変調器である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１の偏波多重光変調器の２つの構成例を示す図である。
【図２】偏波多重光変調器の導波路断面図である。
【図３】実施形態２の偏波多重光変調器の構成例を示す図である。
【図４】実施形態３の偏波多重光変調器の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。実施の形態にかかる偏波多重光変調器は、１つの入力光（１方向の直線偏波光）を２分岐する光分岐器と、分岐された２つの分岐光それぞれに対して光変調する２つの光変調器と、光変調された２つの変調光の偏波方向が互いに直交するように偏波方向を回転する偏波制御器と、偏波方向が直交した２つの偏波光を合波して１つの偏波多重光信号を生成する偏波合波器とを備えている。実施の形態にかかる偏波多重光変調器では、光分波器は、光変調器、偏波制御器、偏波合波器で発生する光損失を補償するように、出力する２つの偏波光の強度比を調整する光スイッチで構成されている。
【００１１】
実施の形態にかかる偏波多重光変調器では、入力導波路から入力された光が、光の分岐率（出力する２つの偏波光の強度比）を任意に制御できる２出力の光スイッチを経由して、２つの出力のそれぞれの先に集積された光変調器により変調され、それぞれの変調光の偏波方向がお互いに直交するように２つの変調光の偏波方向の制御がなされた後に、合波される。このとき、光スイッチにおける光の分岐率が、光分波器は、光変調器、偏波制御器、偏波合波器で発生する光損失を補償するように設定されている。
【００１２】
かかる偏波多重光変調器によれば、作製揺らぎにより光機能部において２分岐されたそれぞれの光に対して異なる損失が発生することを許容しつつ偏波多重光変調器のＰＤＬを最小化することができる。
【００１３】
（実施形態１）
図１は、実施形態１の偏波多重光変調器の構成例を示す図である。実施形態１の偏波多重光変調器について図１を用いて説明する。実施形態１の偏波多重光変調器は、図１に示すように、スイッチ１１と２つの光変調器１２ａ、１２ｂと偏波制御器２０と偏波合波器３０とが順次接続されて構成されている。図１（ａ）には、光スイッチ１１と光変調器１２ａ、１２ｂのみが基板１０上にモノリシックに集積された例が示されており、図１（ｂ）には、偏波多重光変調器を構成するスイッチ１１と２つの光変調器１２ａ、１２ｂと偏波制御器２０と偏波合波器３０との全体が基板１０上にモノリシックに集積された例が示されている。図１（ａ）に示す構成では、偏波制御器２０と偏波合波器３０とは、基板１０とは空間的に離間して設けられている。
【００１４】
図２は偏波多重光変調器における光導波路の断面図である。偏波多重光変調器の光導波路は、基板Ｓの上に、コア層ＣＯとクラッド層ＣＬとを積層して、ドライエッチングなどの工程により積層基板を図２の破線で示された形状に加工することで形成されている。導波路形状は、リッジ型でもよいし、メサ型（ハイメサ含む）でもよく、任意の導波路形状に形成することができる。基板Ｓの材料としては半導体材料であるＩｎＰを選択することもできるが、シリコンやガラスなどの他の材料でも構わない。また、コア層ＣＯとして総層厚が０．５μｍのＩｎＡｌＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓによる多重量子井戸（ＭＱＷ）を形成し、クラッド層ＣＬとして２．０μｍのＩｎＰを積層することができる。ここで光を閉じ込めるコア層ＣＯのＭＱＷは、フォトルミネッセント評価において１３８５ｎｍをピーク波長として発光する半導体組成を用いることができる。
【００１５】
図１に戻って、光スイッチ１１は、図示しない光源から入力された光（入力光）を出力する２つの出力を有し、２つの出力への光の分岐比率を切り替えることができる。光スイッチ１１では、分岐された２つの光（分岐光）が偏波合波器３０で合波されるまでの間の導波で生じる損失が互いに等しくなるように分岐比率を設定することができる。光スイッチ１１は、２つのＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：多モード干渉導波路）１３ａ、１３ｂを２つの平行した導波路を介して接続したマッハツェンダ構成に形成されている。図１に示す例では、２つのＭＭＩ１３ａ、１３ｂのうち、光入力側のＭＭＩ１３ａは１入力２出力で構成され、光出力側のＭＭＩ１３ｂは２入力２出力で構成されているが、光入力側のＭＭＩ１３ａは２入力２出力で構成してもよく、その入出力数は適宜変更できる。
【００１６】
また、２つのＭＭＩ１３ａ、１３ｂを接続する２つの導波路の一方には、電極パッド１４が設けられている。この電極パッド１４に電圧が印加されると、一方の導波路にのみ電界が生じることによって、導波路の屈折率が変化し、２つの導波路に位相差を与えることができる。かかる２つの導波路の位相差を調整することによって、光スイッチ１１は、２つの出力への光の分岐比率を切り替えている。光スイッチ１１への電気信号として例えば電流を採用した場合、非特許文献２にあるようにＭＭＩ１３ａ、１３ｂの部分の導波路をハイメサ構成とすることで、数ｍＡの非常に小さな電流量で光出力を制御することができる。
【００１７】
また、光スイッチ１１を構成する２つのＭＭＩ１３ａ、１３ｂについては、ＭＭＩ１３ａは光を２つに分波し、ＭＭＩ１３ｂは２つの光を合波することができる機能を有する例えば、方向性結合器などで代用することができる。
【００１８】
光スイッチ１１は、電極パッド１４に電気信号（印加電圧、印加電流）が印加されていない場合は出力の２つの出力ポートに等しく光を出力させるが、電極パッド１４に電気信号が印加されると、２つの出力ポートに、その印加電圧の大きさに応じた比率で光を出力する。光スイッチ１１は、電極パッド１４における印加電圧（または印加電流）の大きさを分岐比率を設定値として外部入力できるようにしてもよいし、分岐された２つの分岐光が偏波合波器３０で合波されるまでの間の導波で生じる損失を外部入力として入力された場合に、コントローラなどで自動的にそれを補償する値を算出して設定するようにしてもよい。
【００１９】
２つの光変調器１２ａ、１２ｂは、それぞれ、光スイッチ１１で分岐された分岐光を独立して光変調を行うことによって、２つの光チャネルに２つの独立した信号を乗せることができる。２つの光変調器１２ａ、１２ｂとしては、それぞれ、例えばマッハツェンダ光変調器（ＭＺＭ）を用いることができる。２つの光変調器１２ａ、１２ｂは、２つの光変調器がマッハツェンダ構成に接続された、いわゆるネスト型の光変調器として接続がなされる。ネスト型の光変調器は四位相偏移変調（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）などに用いられる光変調器である。光変調器１２ａ、１２ｂとしては、ＭＺＭを用いたものでなくても、例えば電界吸収型光強度変調器（Ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＥＡＭ）でも構わない。
【００２０】
偏波制御器２０は、２つの光変調器１２ａ、１２ｂから出力される２つの変調光の偏波状態が直交するように２つの変調光のうちの一方の光の偏波方向を９０度回転させる。偏波制御器２０は、変調光の偏波方向を９０度回転させる半波長板を用いることができる。
【００２１】
偏波合波器３０は、２つの光変調器１２ａ、１２ｂから出力され、偏波制御器２０を選択的に経由した、偏波方向が互いに直交する２つの偏波光を１つの信号光に合波する。
【００２２】
偏波多重光変調器１には所定の偏波方向を有する直線偏波光が入力され、光スイッチ１１で所定の分岐比率で２つの光に分岐され、２つの光を２つの光変調器１２ａ、１２ｂでそれぞれ光変調することにより、２つの光チャネルに独立した信号を乗せて２つの信号光として出力する。この２つの信号光のうちの一方は、偏波制御器２０に入力され、その偏波方向を９０度回転させられることで、２つの信号光は偏波方向が互いに９０度異なることとなる。偏波方向が９０度異なる２つの偏波光は偏波合波器３０により合波されて偏波方向が直交する２つの光が多重化された１つの偏波多重された信号光が生成され、出力される。
【００２３】
ここで、偏波多重光変調器を作製する際に光変調器１２ａ、１２ｂなどに損失差があったり、偏波制御器２０（ここでは半波長板）によりに過剰損失があったりする場合は信号光を構成する２つの偏波間に光強度差、すなわちＰＤＬが生じることになる。本実施形態の偏波多重光変調器１では、例えば、光変調器Ｍ１を含む光路の損失が光変調器Ｍ２を含む光路よりも損失が大きい場合は、光スイッチ１１の光変調器１２ａ側の出力が大きくなるように光スイッチ１１への電気信号を調整すれば偏波多重光変調器１全体としてのＰＤＬをゼロにすることができる。
【００２４】
このように、本実施形態の偏波多重光変調器では、光スイッチにおいて、分岐された２つの偏波光が合波器で合波されるまでの間の導波で生じる損失が互いに等しくなるように分岐比率を設定することによって、偏波多重光変調器１全体としてのＰＤＬを最小化することができる。
【００２５】
（実施形態２）
図３は実施形態２の偏波多重光変調器の構成例を示す図である。次に実施形態２の偏波多重光変調器について図３を用いて説明する。実施形態２の偏波多重光変調器は、光スイッチ１１の入力数を２ポートとしてその一方に光源ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）１５を同一の基板１０上において集積したものである。その他の構成は、実施形態１の偏波多重光変調器１と同様の構成であるので、その説明は省略する。
【００２６】
光スイッチ１１の入力として光源ＬＤ１５を用いることによって、光源ＬＤ１５からの出力光が、変調器１２ａ、１２ｂへ等しく出力されるように光スイッチ１１を調整すれば、外部からの光を必要とせずに、ＰＤＬを最小化するように偏波多重光変調器を動作させることができる。なお、光スイッチ１１に入力される２つの入力のうち、光源ＬＤ１５に接続されていない入力からは、適宜外部の光源からの入力光を入力してもよい。
【００２７】
本実施形態の偏波多重光変調器では、光変調器１２ａ、１２ｂを作製した後の検査の際に外部からの光を変調器１２ａ、１２ｂに光学的に結合する工程を省くことができ、変調器１２ａ、１２ｂの作製工程の効率化に寄与できる。
【００２８】
本実施形態の偏波多重光変調器によれば、外部からの光を必要とせずに、偏波多重光変調器１全体としてのＰＤＬを最小化することができる。
【００２９】
（実施形態３）
図４は実施形態３の偏波多重光変調器の構成例を示す図である。次に実施形態３の偏波多重光変調器について図４を用いて説明する。実施形態３の偏波多重光変調器は、光スイッチ１１の後段の光変調器１２ａ、１２ｂからの出力差を比較器を通じて光スイッチＳＷに帰還（フィードバック）することにより、２つの光出力を自律的に等しくする機構したものである。その他の構成は、実施形態２の偏波多重光変調器１と同様の構成であるので、その説明は省略する。
【００３０】
本実施形態の偏波多重光変調器１は、光変調器１２ａ、１２ｂの後段にモニタフォトディテクタ（ＭＰＤ１、２）１６ａ、１６ｂをタップ接続している。このモニタフォトディテクタ１６ａ、１６ｂは、光変調器１２ａ、１２ｂの出力をそれぞれモニタする。
【００３１】
モニタフォトディテクタ１６ａ、１６ｂは、その出力が電圧に変換された後に比較器１７に入力されるように比較器１７に接続されている。比較器１７は、モニタフォトディテクタ１６ａ、１６ｂを比較して、比較結果を光スイッチ１１にフィードバックさせるように接続されている。比較器１７は、光変調器１２ａと光変調器１２ｂとにおける出力を比較して差分を算出し、その差分を出力が低い方の光変調器において発生した損失とした比較結果を光スイッチ１１に出力する。
【００３２】
図４においては、モニタフォトディテクタ１６ａ、１６ｂは、基板１０にモノリシックに集積されているが、基板１０とは空間的に離間して配置されていてもよい。
【００３３】
モニタフォトディテクタ１６ａ、１６ｂからの２つの出力に差がある場合に比較器１７からの比較結果を光スイッチ１１にフィードバックし、光スイッチ１１がそれに応じた修正を行うことを繰り返すことにより、最終的にはモニタフォトディテクタ１６ａ、１６ｂからの２つの出力に差がなくなる様に比較器１７を設計することで、自律的に変調器１２ａ、と変調器１２ｂを通過した光強度を等しくすることができる。
【００３４】
本実施形態の偏波多重光変調器によれば、自律的に制御して、偏波多重光変調器１全体としてのＰＤＬを最小化することができる。
【００３５】
なお、図４では、光源ＬＤ１５が同一の基板１０上に集積されている構成例を挙げたが、実施形態１と同様に、光源ＬＤ１５がない構成でもモニタフォトディテクタ１６ａ、１６ｂと比較器１７とを設けて、変調器１２ａ、と変調器１２ｂを通過した光強度を自律的に等しくすることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１    偏波多重光変調器
１０  基板  
１１  スイッチ
１２ａ、１２ｂ  光変調器
１３ａ、１３ｂ  ＭＭＩ
１４  電極パッド
１５  光源ＬＤ
１６ａ、１６ｂ  モニタフォトディテクタ
１７  比較器
２０  偏波制御器
３０  偏波合波器
Ｓ    基板
ＣＯ  コア層
ＣＬ  クラッド層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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