(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの入力ポートが設けられた入力端と、２つの出力ポートが設けられた出力端とを有する第１の２：２光カプラと、
前記第１の２：２光カプラの前記２つの入力ポートのいずれか一方に接続された第１の入力光導波路と、
第２の入力光導波路と、
４：４多モード干渉カプラとを備え、前記４：４多モード干渉カプラは、
４つの入力ポートが設けられた入力端と、
互いに隣接する２つのポートを有する第１の出力チャネルおよび互いに隣接する２つのポートを有する第２の出力チャネルが設けられた出力端とを含み、
前記４：４多モード干渉カプラの入力端の幅と前記４：４多モード干渉カプラの出力端の幅とは等しく、
前記４つの入力ポートのうち、前記４：４多モード干渉カプラの入力端の中央に配置された２つの入力ポートは、前記第１の２：２光カプラの前記２つの出力ポートにそれぞれ接続され、
前記４つの入力ポートのうちの残りの２つの入力ポートのいずれか一方は、前記第２の入力光導波路に接続され、
前記４：４多モード干渉カプラの前記第２の出力チャネルに接続された１つの入力チャネルと、１対の光信号を出力するための第３の出力チャネルとを有する第２の２：２光カプラをさらに備え、
前記第１および第２の入力光導波路に第１および第２の入力信号光がそれぞれ入力された際に、前記第１および第３の出力チャネルからそれぞれ出力される第１の出力光信号対と第２の出力光信号対とが直交位相関係にあり、前記第１の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであり、前記第２の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであるという条件を満たすように、前記第１および第２の２：２光カプラならびに前記４：４多モード干渉カプラの形状が選ばれており、
前記第１の２：２光カプラは、平行四辺形形状の多モード干渉カプラであり、
前記第２の２：２光カプラの形状は、長方形であり、
前記４：４多モード干渉カプラは、平行四辺形形状を有し、
前記第１の２：２光カプラから出力された２つの出力光の間の相対的位相差が、前記第１の２：２光カプラの平行四辺形の幅および長さとそれぞれ等しい幅および長さを有する長方形に形成された２：２光カプラから出力された２つの出力光の間の相対的位相差に比較して、π／４＋２ｐ×π（ｐは整数）だけ異なるように、前記第１の２：２光カプラの平行四辺形の前記頂角が定められ、
前記４：４多モード干渉カプラの第１および第２の出力チャネルの各々から出力された出力光対の間の相対的位相差が、前記４：４多モード干渉カプラの平行四辺形の幅および長さとそれぞれ等しい幅および長さを有する長方形に形成された４：４多モード干渉カプラから出力された、対応する出力光対の間の相対的位相差と比較して、π／４＋２ｑ×π（ｑは整数）だけ異なるように、前記４：４多モード干渉カプラの平行四辺形の頂角が定められる、光ハイブリッド回路。
【請求項２】
前記１つの入力チャネルに含まれる２つの入力ポートは、前記第２の２：２光カプラの幅方向中心位置に対して互いに対称に前記第２の２：２光カプラの入力端に配置され、
前記第３の出力チャネルに含まれる２つの出力ポートは、前記第２の２：２光カプラの幅方向中心位置に対して互いに対称に前記第２の２：２光カプラの出力端に配置される、請求項１に記載の光ハイブリッド回路。
【請求項３】
２つの入力ポートが設けられた入力端と、２つの出力ポートが設けられた出力端とを有する第１の２：２光カプラと、
前記第１の２：２光カプラの前記２つの入力ポートのいずれか一方に接続された第１の入力光導波路と、
第２の入力光導波路と、
４：４多モード干渉カプラとを備え、前記４：４多モード干渉カプラは、
４つの入力ポートが設けられた入力端と、
互いに隣接する２つのポートを有する第１の出力チャネルおよび互いに隣接する２つのポートを有する第２の出力チャネルが設けられた出力端とを含み、
前記４：４多モード干渉カプラの入力端の幅と前記４：４多モード干渉カプラの出力端の幅とは等しく、
前記４つの入力ポートのうち、前記４：４多モード干渉カプラの入力端の中央に配置された２つの入力ポートは、前記第１の２：２光カプラの前記２つの出力ポートにそれぞれ接続され、
前記４つの入力ポートのうちの残りの２つの入力ポートのいずれか一方は、前記第２の入力光導波路に接続され、
前記４：４多モード干渉カプラの前記第２の出力チャネルに接続された１つの入力チャネルと、１対の光信号を出力するための第３の出力チャネルとを有する第２の２：２光カプラをさらに備え、
前記第１および第２の２：２光カプラならびに前記４：４多モード干渉カプラの形状は長方形であり、前記第２の２：２光カプラおよび前記４：４多モード干渉カプラの間に位相シフタを有し、
前記第１および第２の入力光導波路に第１および第２の入力信号光がそれぞれ入力された際に、前記第１および第３の出力チャネルからそれぞれ出力される第１の出力光信号対と第２の出力光信号対とが直交位相関係にあり、前記第１の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであり、前記第２の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであるという条件を満たすように、前記位相シフタの位相シフト量が、π／４＋２ｐ×π（ｐは整数）に調整されている、光ハイブリッド回路。
【請求項４】
２つの入力ポートが設けられた入力端と、各々が２つの出力ポートを有する第１および第２の出力チャネルが設けられた出力端とを有し、平行四辺形に形成された２：４多モード干渉カプラと、
前記２：４多モード干渉カプラの前記第２の出力チャネルに接続された第１の入力チャネルと、第３の出力チャネルとを有し、長方形に形成された２：２光カプラとを備え、
前記２つの入力ポートは、前記２：４多モード干渉カプラの幅方向中心位置に対して互いに対称に前記２：４多モード干渉カプラの入力端に配置され、
前記第１の出力チャネルおよび前記第２の出力チャネルの各々は、隣接して配置された２つの出力ポートを含み、
前記２つの入力ポートに第１および第２の入力信号光がそれぞれ入力された際に、前記第１および第３の出力チャネルからそれぞれ出力される第１の出力光信号対と第２の出力光信号対とが直交位相関係にあり、前記第１の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであり、前記第２の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであるように、前記２：４多モード干渉カプラおよび前記２：２光カプラの形状が選ばれており、
前記２：４多モード干渉カプラの第１および第２の出力チャネルの各々から出力された出力光対の間の相対的位相差が、前記２：４多モード干渉カプラの平行四辺形の幅および長さとそれぞれ等しい幅および長さを有する長方形に形成された２：４多モード干渉カプラから出力された、対応する出力光対の間の相対的位相差と比較して、π／４＋２ｑ×π（ｑは整数）だけ異なるように、前記２：４多モード干渉カプラの平行四辺形の頂角が定められる、光ハイブリッド回路。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光ハイブリッド回路と、
前記第１および第３の出力チャネルからそれぞれ出力される前記第１の出力光対と前記第２の出力光対とをアナログ電気信号に各々変換する光電変換回路と、
前記アナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するアナログデジタル変換回路と、
前記デジタル電気信号を用いて所定の演算を実行する演算回路とを備える、光受信器。
【請求項６】
平行四辺形の形状を有する光導波路と、
前記光導波路に設けられる第１および第２の入力ポートを有する１つの入力チャネルと、
前記光導波路に設けられる第１および第２の出力ポートを有する１つの出力チャネルとを備え、
前記第１および第２の出力ポートからそれぞれ出力される２つの出力光の間の相対的位相差が、前記平行四辺形の幅および長さとそれぞれ等しい幅および長さを有する長方形に形成された２：２光カプラから出力された２つの出力光の間の相対的位相差と比較して、π／４＋２ｐ×π（ｐは整数）だけ異なるように、前記平行四辺形の頂角が定められる、光カプラ。
【請求項７】
平行四辺形の形状を有する光導波路と、
前記光導波路に設けられる第１および第２の入力ポートを有する１つの入力チャネルと、
前記光導波路に各々設けられる、第１および第２の出力ポートを有する第１の出力チャネルと、第３および第４の出力ポートを有する第２の出力チャネルとを備え、
前記第１および第２の入力ポートが、前記光導波路の入力端において、幅方向中心位置に対して互いに対称となる２つの位置にそれぞれ設けられており、
前記第１および第２の出力チャネルの各々から出力された出力光対の間の相対的位相差が、前記光カプラの平行四辺形の幅および長さとそれぞれ等しい幅および長さを有する長方形に形成された光カプラから出力された、対応する出力光対の間の相対的位相差と比較して、π／４＋２ｑ×π（ｑは整数）だけ異なるように、前記平行四辺形の頂角が定められる、光カプラ。
【請求項８】
平行四辺形の形状を有する光導波路と、
前記光導波路に設けられる第１および第２の入力ポートを有する１つの入力チャネルと、
前記光導波路に各々設けられる、第１および第２の出力ポートを有する第１の出力チャネルと、第３および第４の出力ポートを有する第２の出力チャネルとを備え、
前記第１および第２の出力チャネルの各々から出力された出力光対の間の相対的位相差が、前記光カプラの平行四辺形の幅および長さとそれぞれ等しい幅および長さを有する長方形に形成された光カプラから出力された、対応する出力光対の間の相対的位相差と比較して、π／４＋２ｑ×π（ｑは整数）だけ異なるように、前記平行四辺形の頂角が定められており、
４つの入力ポートのうちの幅方向中心位置に対して互いに非対称となる少なくとも２つの位置の入力ポートに光を入射させて、出力ポートから光を出射させる、光カプラ。
【請求項９】
２つの入力ポートが設けられた入力端と、２つの出力ポートが設けられた出力端とを有する第１の２：２光カプラと、
前記第１の２：２光カプラの前記２つの入力ポートのいずれか一方に接続された第１の入力光導波路と、
第２の入力光導波路と、
４：４多モード干渉カプラとを備え、前記４：４多モード干渉カプラは、
４つの入力ポートが設けられた入力端と、
互いに隣接する２つのポートを有する第１の出力チャネルおよび互いに隣接する２つのポートを有する第２の出力チャネルが設けられた出力端とを含み、
前記４：４多モード干渉カプラの入力端の幅と前記４：４多モード干渉カプラの出力端の幅とは等しく、
前記４つの入力ポートのうち、前記４：４多モード干渉カプラの入力端の中央に配置された２つの入力ポートは、前記第１の２：２光カプラの前記２つの出力ポートにそれぞれ接続され、
前記４つの入力ポートのうちの残りの２つの入力ポートのいずれか一方は、前記第２の入力光導波路に接続され、
前記４：４多モード干渉カプラの前記第２の出力チャネルに接続された１つの入力チャネルと、１対の光信号を出力するための第３の出力チャネルとを有する第２の２：２光カプラをさらに備え、
前記第１および第２の入力光導波路に第１および第２の入力信号光がそれぞれ入力された際に、前記第１および第３の出力チャネルからそれぞれ出力される第１の出力光信号対と第２の出力光信号対とが直交位相関係にあり、前記第１の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであり、前記第２の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであるという条件を満たすように、前記第１および第２の２：２光カプラならびに前記４：４多モード干渉カプラの形状が選ばれており、
前記第１の２：２光カプラの形状は、長方形であり、
前記４：４多モード干渉カプラの形状は、長方形であり、
前記第２の２：２光カプラの形状は、平行四辺形であり、
前記第２の２：２光カプラの２つの出力ポートからそれぞれ出力された２つの出力光の相対的位相差が、前記平行四辺形の幅および長さとそれぞれ等しい幅および長さを有する長方形に形成された２：２光カプラから出力された２つの出力光の間の相対的位相差に比較してπ／４＋２ｑ×π（ｑは整数）だけ異なるように、前記平行四辺形の前記頂角が定められる、光ハイブリッド回路。
【請求項１０】
２つの入力ポートが設けられた入力端と、各々が２つの出力ポートを有する第１および第２の出力チャネルが設けられた出力端とを有し、長方形に形成された２：４多モード干渉カプラと、
前記２：４多モード干渉カプラの前記第２の出力チャネルに接続された第１の入力チャ
ネルと、第３の出力チャネルとを有し、平行四辺形に形成された２：２光カプラとを備え、
前記２つの入力ポートは、前記２：４多モード干渉カプラの幅方向中心位置に対して互いに対称に前記２：４多モード干渉カプラの入力端に配置され、
前記第１および第２の出力チャネルの各々は、隣接して配置された２つの出力ポートを含み、
前記２つの入力ポートに第１および第２の入力信号光がそれぞれ入力された際に、前記第１および第３の出力チャネルからそれぞれ出力される第１の出力光信号対と第２の出力光信号対とが直交位相関係にあり、前記第１の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであり、前記第２の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであるという条件を満たすように、前記２：４多モード干渉カプラおよび前記２：２光カプラの形状が選ばれており、
前記２：４多モード干渉カプラの第１および第２の出力チャネルの各々から出力された出力光の間の相対的位相差が、前記２：２光カプラの平行四辺形の幅および長さとそれぞれ等しい幅および長さを有する長方形に形成された２：２光カプラから出力された、対応する出力光対の間の相対的位相差に比較してπ／４＋２ｑ×π（ｑは整数）だけ異なるように、前記２：２光カプラの平行四辺形の頂角が定められる、光ハイブリッド回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送システムに用いられる光ハイブリッド回路および光受信器、ならびに光ハイブリッド回路に用いられる光カプラに関する。
【背景技術】
【０００２】
位相変調光通信は、伝送距離の長距離化および伝送容量の増大に適している。このため、たとえば１０Ｇ−ＤＰＳＫ（Differential Phase shift Keying）方式、４０Ｇ−ＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase shift Keying）方式などといった、各種の通信方式の普及が進められている。１０Ｇ−ＤＰＳＫ方式あるいは４０Ｇ−ＤＱＰＳＫ方式では、光受信器は、変調された光信号を受信するとともに、当該光信号を復調する。復調のために信号ビット間の位相差が検出される。位相差の検出のために、１ビット遅延器と呼ばれる光干渉計が用いられる。
【０００３】
近年では、長距離伝送および大容量伝送にさらに適した、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying）方式などのデジタルコヒーレント方式が開発されている。デジタルコヒーレント方式では、変調された光信号を復調するために、上記の１ビット遅延器に代わり、光９０°ハイブリッドが用いられる。これまでに、光９０°ハイブリッドに関して、いくつかの提案がなされている（たとえば特許文献１および非特許文献１を参照）。
【０００４】
図１３は、光９０°ハイブリッドの一例を説明するための図である。図１３を参照して、デジタルコヒーレント方式では、ＱＰＳＫ信号光と局発光（局部発振光）とが光９０°ハイブリッド回路に入力される。光９０°ハイブリッド回路は、ＱＰＳＫ信号光および局発光の各々を４つの出力ポートｃｈ１〜ｃｈ４に分配する。
【０００５】
図１３に示されたＳ−Ｌ，Ｓ＋Ｌ，Ｓ−ｊＬおよびＳ＋ｊＬは、出力ポートｃｈ１〜ｃｈ４にそれぞれ出力された光信号を表わす。Ｓは、ＱＰＳＫ信号光の電界振幅、Ｌは局発光の電界振幅を表わす。なお、この説明では、ＱＰＳＫ信号光の偏光方向と局発光の偏光方向とは同じとしている。
【０００６】
ｃｈ１（Ｓ−Ｌ）とｃｈ２（Ｓ＋Ｌ）との間の位相差は１８０°である。同様に、ｃｈ３（Ｓ−ｊＬ）とｃｈ４（Ｓ＋ｊＬ）との間の位相差も１８０°である。一方、ｃｈ３（Ｓ−ｊＬ），ｃｈ４（Ｓ＋ｊＬ）の対と、ｃｈ１（Ｓ−Ｌ），ｃｈ２（Ｓ＋Ｌ）の対との間の位相差は９０°である。
【０００７】
ＱＰＳＫ信号光と局発光との間の周波数の差によって、各出力ポートから出力された光信号の強度にビートが生じるため、出力光の強度が振動する。出力ポートｃｈ１，ｃｈ２の間では、互いに逆相の関係で２つの出力光信号の強度が振動する。同じく、出力ポートｃｈ３，ｃｈ４の間でも、互いに逆相の関係で２つの光信号の強度が振動する。
【０００８】
出力ポートｃｈ１，ｃｈ２の各々から出力された光信号は１対の光検出器によって検出される。出力ポートｃｈ３，ｃｈ４の各々から出力された光信号は、もう１対の光検出器で検出される。これら２対の光検出器からの信号を差動検出することによって、ＱＰＳＫ信号光と局発光との電界振幅の積に比例した強度を有する信号がヘテロダイン検出される。なおヘテロダイン検出は、公知の手段によって実現される。デジタルコヒーレント方式では、信号光位相が検出信号から実時間でデジタル的に検出される。このように、光９０°ハイブリッドはデジタルコヒーレント方式にとって不可欠であるとともに重要な受信用光回路である。
【０００９】
光９０°ハイブリッドは、たとえば石英ガラスを用いた平面型光回路として作製される。これにより光９０°ハイブリッドと光検出器とが組み合わされた小型の受信モジュールを実現できる。また、半導体光導波路によって光９０°ハイブリッドを作製することも試みられている。この場合には、光検出器と光９０°ハイブリッドとがモノリシックに集積された、さらに小型の受信モジュールが実現できると考えられる。このため、半導体光導波路による光９０°ハイブリッドの開発が行なわれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１７１９２２号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Lucas B. Soldano and Erik C. M. Pennings, “Optical Multi-Mode Interference Devices Based on Self-Imaging”, Journal of Lightwave Technology, Vol. 13, No. 4, pp. 615-627, April 1995
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記の非特許文献１では、長方形形状の多モード干渉計（ＭＭＩ）光導波路を用いた光９０°ハイブリッドが記載されている。具体的には、非特許文献１には、４つの入力ポートと４つの出力ポートとを有する４：４ＭＭＩカプラが示されている。
【００１３】
図１４は、非特許文献１に示された４：４ＭＭＩカプラを説明するための図である。図１４を参照して、４：４ＭＭＩカプラの４つの入力ポートのうち、ＭＭＩカプラの幅方向中心位置に対して非対称な位置にある２つのポートに信号光および局発光がそれぞれ入力される。これによって、４：４ＭＭＩカプラが９０°ハイブリッドとして機能する。非特許文献１によれば、図１４に示された構成において、２つの出力光の間の位相差が１８０°となるポート対は、外側に位置するポート１およびポート４からなる対、および内側に位置するポート２およびポート３からなる対である。図１４ではポート１，４に「Ｑ」の符号が付され、ポート２，３に「Ｉ」の符号が付される。
【００１４】
１対の光検出器から２つの光電流が出力される。それら２つの光電流を検出するために、一般に、ＴＩＡ（Transimpedance Amplifier）が用いられる。通常の場合、ＴＩＡの２つの差動信号入力端子は相互に隣接している。１対の光検出器の２つの出力端子と、ＴＩＡの２つの入力端子とを接続する電気配線はできるだけ短いことが望ましい。したがって光検出器とＴＩＡとをできるだけ近接して配置することが求められる。このためには、光９０°ハイブリッドにおいて、位相が互いに１８０°異なる２つの光信号をそれぞれ出力する２つのポートを隣接させることが必要になる。
【００１５】
しかしながら、非特許文献１に記載された４：４ＭＭＩカプラの構成によれば、２つの光導波路が交差した交差部が生じる。具体的には、図１４に示されるように、たとえば出力ポート１に接続された光導波路が出力ポート２，３にそれぞれ接続された２つの光導波路と交差する。２つの光導波路が交差することにより、光導波路の伝搬損失あるいは信号光の混合によるクロストークが発生する。このため光９０°ハイブリッドの光学特性が劣化してしまうという課題が発生する。
【００１６】
特許文献１でも、２：４ＭＭＩ光導波路（２入力４出力）を用いた光９０°ハイブリッドが記載されている。上述のように、非特許文献１に示された４：４ＭＭＩでは、２つの入力ポートがＭＭＩの幅方向中心位置に対して非対称な位置に設けられている。これに対して、特許文献１で開示された光９０°ハイブリッドでは、２つの入力ポートがＭＭＩの幅方向中心位置に対して対称な位置に設けられている。
【００１７】
４つの出力ポートによって、各々が２つの出力ポートを有する２つの出力チャネルが構成され、各チャネルでは２つの出力ポートが隣接している。入力ポートおよび出力ポートの各々は光導波路に接続されている。以下では、このような構造を備えたＭＭＩカプラを「２：４ＭＭＩカプラ」と表記する。
【００１８】
特許文献１では、光９０°ハイブリッドの２種類の構成が記載されている。図１５は、特許文献１に記載された光９０°ハイブリッドの１つの構成を示した図である。図１５を参照して、１つの出力チャネルに対応して２：２ＭＭＩカプラが設けられる。その出力チャネルの２つのポートのうちの一方のポートに位相シフタ導波路６０が接続される。なお、「２：２ＭＭＩカプラ」は、２入力２出力型のＭＭＩカプラを表わしている。位相シフタ導波路６０は、当該ポートから出力された光の位相を所定量シフトさせる。
【００１９】
位相シフタ導波路６０は、２：２ＭＭＩカプラに入力する２つの信号成分間の位相差を整合するためのものである。位相整合された２つの光信号が２：２ＭＭＩカプラに入力されることにより、強度が等しく配分され、かつ、１８０°の位相差をもつ２つの出力光が２：２ＭＭＩカプラから出力される。
【００２０】
図１６は、特許文献１に記載された光９０°ハイブリッドの別の構成を示した図である。図１６を参照して、２：４ＭＭＩは、出力端の幅Ｗ２が入力端側の幅Ｗ１の約２倍となるテーパ構造を有する。２つの出力ポートの一方に２：２ＭＭＩカプラが設けられる。図１５に示された構成と同じく、２：２ＭＭＩカプラは、２つの出力ポートからそれぞれ出力された２つの出力光の強度が等しく、かつ、それら２つの出力光の間の位相差が１８０°となるように、２つの出力光を生成する。
【００２１】
図１５、図１６に示した構成の場合、２つの出力光の位相差が１８０°となるポート対は、隣接するポート１，２からなる対、および隣接するポート３，４からなる対である。２つの出力光の位相差が１８０°となる２つのポートが隣接している。このため各出力ポートに接続された光導波路が他の光導波路と交差することなく光信号を検出することができる。
【００２２】
しかしながら、図１５に記載の構成によれば、位相シフト量が位相シフタ導波路６０の製造の精度に依存する。位相シフタを構成する導波路の幅を精密に調整することで位相シフト量を制御することができる。しかし導波路幅は、製造条件（たとえばエッチング条件）のばらつきにより変動しやすい。このため位相シフト量を精密に調整するには高度なプロセス技術が必要となる。
【００２３】
一方、図１６に示した構成では、２：４ＭＭＩカプラはテーパ状構造を有するため、入力側におけるビーム幅よりも出力側におけるビーム幅が大きくなる。このため、入力側と出力側との両方で同じ最適な導波路幅を得ることが難しくなる。このことは信号品質の劣化をもたらす。カプラの出力側でビーム幅が増大した状態で、入力側の導波路の幅と出力側の導波路の幅とを同じに形成することも考えられる。しかしながら、伝搬光の一部しか出力導波路に入らないため伝搬損失が生じる。したがって光９０°ハイブリッドの特性が劣化する。光損失が生じないようにするためには、出力側の導波路の幅をビーム幅と合致させなければならない。
【００２４】
さらに、図１６に示した構成では、テーパ構造のために、２：４ＭＭＩカプラのサイズが大きくなるという課題も生じ得る。
【００２５】
このように、従来の技術によれば、ＭＭＩカプラの幅方向中心位置に対して非対称な２つの位置に光を入れる場合には、出力側の光導波路を交差させる必要がある。一方、ＭＭＩカプラの幅方向中心位置に対して対称な２つの位置に光を入れる場合には、位相シフタが必要である、あるいはＭＭＩカプラが大きくなるという課題がある。
【００２６】
本発明の目的は、安定した特性を得ることが可能であるとともに設計の自由度を高めることが可能な光ハイブリッド回路および光受信器ならびに、その光ハイブリッド回路に好適に用いられうる光カプラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明のある局面に係る光ハイブリッド回路は、２つの入力ポートが設けられた入力端と、２つの出力ポートが設けられた出力端とを有する第１の２：２光カプラと、第１の２：２光カプラの２つの入力ポートのいずれか一方に接続された第１の入力光導波路と、第２の入力光導波路と、４：４多モード干渉カプラとを備える。４：４多モード干渉カプラは、４つの入力ポートが設けられた入力端と、互いに隣接する２つのポートを有する第１の出力チャネルおよび互いに隣接する２つのポートを有する第２の出力チャネルが設けられた出力端とを含む。４：４多モード干渉カプラの入力端の幅と４：４多モード干渉カプラの出力端の幅とは等しい。４つの入力ポートのうち、４：４多モード干渉カプラの入力端の中央に配置された２つの入力ポートは、第１の２：２光カプラの２つの出力ポートにそれぞれ接続される。４つの入力ポートのうちの残りの２つの入力ポートのいずれか一方は、第２の入力光導波路に接続される。光ハイブリッド回路は、４：４多モード干渉カプラの第２の出力チャネルに接続された１つの入力チャネルと、１対の光信号を出力するための第３の出力チャネルとを有する第２の２：２光カプラをさらに備える。第１および第２の入力光導波路に第１および第２の入力信号光がそれぞれ入力された際に、第１および第３の出力チャネルからそれぞれ出力される第１の出力光信号対と第２の出力光信号対とが直交位相関係にあり、第１の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであり、第２の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであるという条件を満たすように、第１および第２の２：２光カプラならびに４：４多モード干渉カプラの形状が選ばれる。
【００２８】
本発明の他の局面に係る光ハイブリッド回路は、２つの入力ポートが設けられた入力端と、各々が２つの出力ポートを有する第１および第２の出力チャネルが設けられた出力端とを有し、平行四辺形に形成された２：４多モード干渉カプラと、２：４多モード干渉カプラの第２の出力チャネルに接続された第１の入力チャネルと、第３の出力チャネルとを有し、長方形に形成された２：２光カプラとを備える。２つの入力ポートは、２：４多モード干渉カプラの幅方向中心位置に対して互いに対称に２：４多モード干渉カプラの入力端に配置される。第１の出力チャネルおよび第２の出力チャネルの各々は、隣接して配置された２つの出力ポートを含む。２つの入力ポートに第１および第２の入力信号光がそれぞれ入力された際に、第１および第３の出力チャネルからそれぞれ出力される第１の出力光信号対と第２の出力光信号対とが直交位相関係にあり、第１の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであり、第２の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであるように、２：４多モード干渉カプラおよび２：２光カプラの形状が選ばれる。
【００２９】
本発明のさらに他の局面に係る光受信器は、上記のいずれかの光ハイブリッド回路と、第１および第３の出力チャネルからそれぞれ出力される第１の出力光対と第２の出力光対とをアナログ電気信号に各々変換する光電変換回路と、アナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するアナログデジタル変換回路と、デジタル電気信号を用いて所定の演算を実行する演算回路とを備える。
【００３０】
本発明のさらに他の局面に係る光カプラは、平行四辺形の形状を有する光導波路と、光導波路に設けられる少なくとも１つの入力チャネルと、光導波路に設けられる少なくとも１つの出力チャネルとを備える。少なくとも１つの入力チャネルおよび少なくとも１つの出力チャネルの各々は、２つのポートを含む。少なくとも１つの出力チャネルから出力される出力光対の相対的な位相差が所望の値となるように平行四辺形の頂角が調整される。
【００３１】
本発明のさらに他の局面に係る光ハイブリッド回路は、２：４多モード干渉カプラと、２：２光カプラとを備える。２：４多モード干渉カプラは、２つの入力ポートが設けられた入力端と、各々が２つの出力ポートを有する第１および第２の出力チャネルが設けられた出力端とを有し、長方形に形成される。２：２光カプラは、２：４多モード干渉カプラの第２の出力チャネルに接続された第１の入力チャネルと、第３の出力チャネルとを有し、平行四辺形に形成される。２つの入力ポートは、２：４多モード干渉カプラの幅方向中心位置に対して互いに対称に２：４多モード干渉カプラの入力端に配置される。第１および第２の出力チャネルの各々は、隣接して配置された２つの出力ポートを含む。２つの入力ポートに第１および第２の入力信号光がそれぞれ入力された際に、第１および第３の出力チャネルからそれぞれ出力される第１の出力光信号対と第２の出力光信号対とが直交位相関係にあり、第１の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであり、第２の出力光信号対に含まれる２つの信号光の間の位相差がπであるという条件を満たすように、２：４多モード干渉カプラおよび２：２光カプラの形状が選ばれる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、安定した特性を得ることが可能であるとともに設計の自由度を高めることが可能な光ハイブリッド回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施の形態１に係る光ハイブリッド回路の概略的な構成を示した図である。
【図２】平行四辺形形状の２：２光カプラと長方形形状の２：２光カプラとを対比した図である。
【図３】実施の形態１に係る光ハイブリッド回路を構成する半導体光導波路の一例を示す断面模式図である。
【図４】平行四辺形形状の４：４ＭＭＩカプラと長方形形状の４：４ＭＭＩカプラとを対比して説明した図である。
【図５】図１に示された構成を有する光ハイブリッド回路の特性を導波路シミュレーションで確認した結果を示した図である。
【図６】実施の形態１に係る光ハイブリッド回路の他の構成例を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る光ハイブリッド回路の概略的な構成を示した図である。
【図８】平行四辺形形状の２：４光カプラと長方形形状の２：４光カプラとを対比した図である。
【図９】図７に示された構成を有する光ハイブリッド回路の特性を導波路シミュレーションで確認した結果を示した図である。
【図１０】実施の形態３に係る光受信器の１つの具体例を示した図である。
【図１１】実施の形態３に係る光受信器の他の具体例を示した図である。
【図１２】実施の形態３に係る光受信器のさらに他の具体例を示した図である。
【図１３】光９０°ハイブリッドの一例を説明するための図である。
【図１４】非特許文献１に示された４：４ＭＭＩカプラを説明するための図である。
【図１５】特許文献１に記載された光９０°ハイブリッドの１つの構成を示した図である。
【図１６】特許文献１に記載された光９０°ハイブリッドの別の構成を示した図である。
【図１７】実施の形態４に係る光ハイブリッド回路の概略的な構成を示した図である。
【図１８】実施の形態４に係る光受信器の１つの具体例を示した図である。
【図１９】実施の形態５に係る光ハイブリッド回路の概略的な構成を示した図である。
【図２０】実施の形態５に係る光受信器の１つの具体例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００３５】
本発明の実施形態に係る光ハイブリッド回路は、たとえば４値位相変調（ＱＰＳＫ）方式、差動４値位相変調（ＤＱＰＳＫ）方式等によって変調された光信号を復調する際に用いられる光受信回路に含まれる光９０°ハイブリッドである。
【００３６】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係る光ハイブリッド回路の概略的な構成を示した図である。図１を参照して、実施の形態１に係る光ハイブリッド回路１００は、平行四辺形形状の２：２光カプラ１と、平行四辺形形状の４：４ＭＭＩ（多モード干渉計）カプラ２と、長方形形状の２：２光カプラ３と、光導波路５，１０，１７，１８，１９，２０とを備える。なお２：２光カプラ１、４：４ＭＭＩカプラ２、２：２光カプラ３も、光導波路である。２：２光カプラ１と、４：４多モード干渉カプラ２と、２：２光カプラ３とは縦続接続される。
【００３７】
この明細書では、「平行四辺形」とは、平行な２つの辺により各々構成された２組の対辺を有し、２組の対辺のうち一方が他方に対して９０°とは異なる角度で交わる図形を意味する。また、「チャネル」は２つのポートによって構成されるものとする。
【００３８】
２：２光カプラ１は、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有する。すなわち２：２光カプラ１は、１つの入力チャネルおよび１つの出力チャネルを有する。２つの入力ポートの一方（第２のポート）に、光導波路５が接続されている。
【００３９】
４：４ＭＭＩカプラ２は、４つの入力ポート６〜９および４つの出力ポート１１〜１４を備える。すなわち４：４ＭＭＩカプラ２は、２つの入力チャネルおよび２つの出力チャネルを有する。入力ポート７，８には、２：２光カプラ１の２つの出力ポートがそれぞれ接続される。入力ポート９には、光導波路１０が接続される。以下、入力ポート６〜９を４：４ＭＭＩカプラ２の第１〜第４の入力ポートとそれぞれ呼ぶ場合がある。同じく出力ポート１１〜１４を４：４ＭＭＩカプラ２の第１〜第４の出力ポートとそれぞれ呼ぶ場合がある。
【００４０】
４：４ＭＭＩカプラ２の第１および第２の出力ポート（出力ポート１１，１２）には光導波路１７，１８がそれぞれ接続される。４：４ＭＭＩカプラ２の第３および第４の出力ポート（出力ポート１３，１４）には、２：２光カプラ３の入力チャネル、すなわち第１および第２の入力ポートが接続される。２：２光カプラ３の第１および第２の出力ポート（出力ポート１５，１６）には、光導波路２０，１９がそれぞれ接続される。
【００４１】
図１に示された構成によれば、４：４ＭＭＩカプラ２の第１および第２の出力ポートが第１の出力チャネルを構成し、４：４ＭＭＩカプラ２の第３および第４の出力ポートが第２の出力チャネルを構成する。さらに、２：２光カプラ３の２つの出力ポートが第３の出力チャネルを構成する。
【００４２】
光導波路５に入力された光は、２：２光カプラ１の第２の入力ポートに入力される。これにより２：２光カプラ１の２つの出力ポートから２つの光がそれぞれ出力される。これらの２つの出力光は４：４ＭＭＩカプラ２の第２および第３の入力ポート（入力ポート７，８）にそれぞれ入力される。一方、光導波路１０に入力された光は、４：４ＭＭＩカプラ２の第４の入力ポート（入力ポート９）に入力される。
【００４３】
４：４ＭＭＩカプラ２の第２〜第４の入力ポートに光が入力されることにより４：４ＭＭＩカプラ２の第１〜第４の出力ポートの各々から光が出力される。４：４ＭＭＩカプラ２の第１および第２の出力ポートから光導波路１７，１８を経由して光が出力される。一方、４：４ＭＭＩカプラ２の第３および第４の出力ポートから出力された光は、２：２光カプラ３の第１および第２の入力ポートにそれぞれ入力される。これにより、２：２光カプラ３の第１および第２の出力ポートから光導波路１９，２０を介して光が出力される。すなわち、上記した第１および第３の出力チャネルから、第１の出力光信号対と第２の出力光信号対とがそれぞれ出力される。
【００４４】
次に、図１に示した光ハイブリッド回路を構成する要素について詳細に説明する。
（２：２ＭＭＩカプラ）
図２は、平行四辺形形状の２：２光カプラと長方形形状の２：２光カプラとを対比した図である。図２（ａ）は、長方形形状の２：２光カプラを示す。図２（ｂ）は、平行四辺形形状の２：２光カプラを示す。
【００４５】
図２を参照して、長方形形状の２：２光カプラの場合には、当該カプラの幅Ｗと長さＬとを適切に選択することによって、出力端の幅方向中心位置Ｃ２に関して入力端の入力光位置（入力ポート１）と同じ位置（出力ポート１）および対称な位置（出力ポート２）の２ヶ所に、入力ビーム径と同じビーム径を有し、かつ強度が等分された２つの出力光を得ることができる。
【００４６】
入力ポート１の入力光の位相を０とすると、出力ポート１および出力ポート２における光の位相はそれぞれφ、φ−π/２となる。すなわち、２つの出力ポートからそれぞれ出力される２つの出力光の間の位相が互いにπ/２（９０°）異なる。出力端の幅方向中心位置Ｃ２に関し入力ポート１と対称な位置にある入力ポート２から２：２光カプラに光を入射する場合についても、上記の場合と同様である。すなわち、入力ポート２の入力光の位相を０とすると、出力ポート１における光の位相および出力ポート２における光の位相はそれぞれ、φ−π／２、φとなる。したがって、２つの出力ポートからそれぞれ出力される２つの出力光の位相がπ/２異なる。φは、共通する位相であり、以下の説明では一般性を失わないのでφ＝０とする。
【００４７】
入力ポート１，２の信号光の電界振幅をＩ1，Ｉ2とし、出力ポート１，２の信号光の電界振幅をＯ1，Ｏ2とする。上記の関係は、行列を用いて
【００４８】
【数１】
0005758779.tif 000002
【００４９】
と表わされる。
同様に平行四辺形形状の２：２光カプラの場合も、カプラの幅Ｗと長さＬを選択することで、出力端の幅方向中心位置Ｃ２に関し、入力端の入力光位置（入力ポート１）と同じ位置（出力ポート１）および対称な位置（出力ポート２）の２ヶ所に、入力ビーム径と同じビーム径を有し、かつ強度が等分された２つの出力光を得ることができる。
【００５０】
平行四辺形形状の２：２光カプラの場合には、入力ポート１の入力光の位相を０とすると、出力ポート１における光の位相および出力ポート２における光の位相はそれぞれφ’、φ’−π/２+αとなる。すなわち、２つの出力ポートからそれぞれ出力される２つの出力光の位相が（＋π/２−α）異なる。
【００５１】
一方、出力端の幅方向中心位置Ｃ２に関し入力ポート１と対称な位置にある入力ポート２から平行四辺形形状の２：２光カプラに光を入れる場合には、入力ポート２の入力光の位相を０とすると、出力ポート１と出力ポート２の光の位相が、良好な近似でそれぞれ、φ’−π/２−α、φ’となる。すなわち２つの出力ポートからそれぞれ出力される２つ
の出力光の位相が（π/２＋α）だけ異なる。αは、平行四辺形の頂角と９０°との差（
図２（ｂ）に示した傾斜角度θ）にほぼ比例した光位相の変化量であり、φ’は、共通する位相である。
【００５２】
上記の場合と同様に同様にφ’を省略すると、入力ポート１，２の信号光の電界振幅Ｉ1，Ｉ2と、出力ポート１，２の信号光の電界振幅Ｏ1，Ｏ2との関係は、
【００５３】
【数２】
0005758779.tif 000003
【００５４】
と表わされる。
図１に示した光ハイブリッド回路は、たとえば半導体光導波路によって実現される。図３は、実施の形態１に係る光ハイブリッド回路を構成する半導体光導波路の一例を示す断面模式図である。図３を参照して、光ハイブリッド回路は、ＩｎＰ基板５０と、ＩｎＧａＡｓＰ層５１と、ＩｎＰ層５２とを有する。図３に示した構造体は、たとえば以下の方法により作成される。まずＩｎＰ基板５０上にＩｎＧａＡｓＰ層５１とＩｎＰ層５２とをこの順にエピタキシャル成長によって成長させたウエハを準備する。次にウエハの所定の部分がドライエッチングによって除去される。これにより、ＩｎＧａＡｓＰ層５１をコア層として備えるハイメサ半導体導波路を作製できる。
【００５５】
Ｃ帯（４〜８ＧＨｚ）あるいはＬ帯（０．５〜１．５ＧＨｚ）で使用される半導体導波路はたとえば以下のように作製される。たとえばＰＬ（Photoluminescence）波長が１３２０ｎｍとなる組成を有するＩｎＧａＡｓＰ層５１と、ＩｎＰ層５２とをＩｎＰ基板５０上に成長させる。ＩｎＧａＡｓＰ層５１の厚みはたとえば０．３μｍであり、ＩｎＰ層５２の厚みは、たとえば３μｍである。このようにして準備されたウエハの所定の部分を深さＡだけドライエッチングして、当該部分を除去する。深さＡは、たとえば６．３μｍである。
【００５６】
なお、半導体基板の材質、エピタキシャル構造、エッチング深さ、導波路幅は上記のように限定されるものではなく、適切な導波モードが存在する光導波路をこの実施の形態に適用できる。たとえば半導体基板の材質を変更した光導波路として、Ｓｉ導波路、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）導波路、石英ガラス導波路などがある。本実施の形態は、これらの導波路の使用を排除するものではない。
【００５７】
図２（ａ）に示された長方形形状の２：２光カプラでは、たとえば光カプラの幅Ｗおよび長さＬがそれぞれ５．０μｍおよび１１２μｍとされる。入力用導波路および出力用導波路の幅が２．０μｍとされる。２つの入力ポートの中心位置は、光カプラの入力端の幅方向中心位置Ｃ１から一方の側および反対の側に１．５μｍ離れた位置とされる。同じく、２つの出力ポートの中心位置は、光カプラの出力端の中心位置から一方の側および反対の側に１．５μｍ離れた位置とされる。これにより、光カプラは、１つの入力ポートに入力されたビームの径と同じビーム径を有し、かつ強度が等分された２つの出力光を、２つの出力ポートからそれぞれ出力することができる。
【００５８】
図２（ｂ）に示された平行四辺形形状の２：２光カプラも、上記の長方形形状の２：２光カプラと同様に設計される。すなわち、光カプラの幅Ｗおよび長さＬがそれぞれ５．０μｍおよび１１２μｍとされる。入力用導波路および出力用導波路の幅が２．０μｍとされる。２つの入力ポートの中心位置は、光カプラの入力端の幅方向中心位置Ｃ１から一方の側および反対の側に１．５μｍ離れた位置とされる。２つの出力ポートの中心位置は、光カプラの出力端の幅方向中心位置Ｃ２から一方の側および反対の側に１．５μｍ離れた位置とされる。
【００５９】
平行四辺形の頂角と９０°との差（＝傾斜角度θ）を１．１°とすることにより、α＝π／４相当の位相が得られる。入力ポート１から入力光を光カプラに入れた場合には出力ポート１と出力ポート２との間での位相差がπ／４となり、入力ポート２から入力光を光カプラに入れた場合には、出力ポート１と出力ポート２との間での位相差が３π／４となる。いずれの場合にも２つの出力ポートからそれぞれ出力される２つのビームの径は互いに同じであり、それら２つの出力光ビームの強度は、入力光ビームの強度を等分したものとなる。このように、実施の形態１によれば、強度が等分され、かつ所定の位相差を有する２つの出力光を生じさせる２：２光カプラが得られる。
【００６０】
なお、傾斜角度１．１°は典型値であり、実際には、屈折率や厚さなど素子構造のばらつきに応じて、素子ごとに、最適なθが１．１°近傍で小さい角度範囲でばらつくと考えられる。
【００６１】
次に、平行四辺形の頂角の９０°からの傾斜角度θの決定方法について説明する。上述した光導波路における導波モードの有効屈折率は、およそｎ＝３．２１程度である。さらに、光カプラの２つの出力ポートの間隔ｄ＝３μｍである。光波長をたとえばλ＝１．５５μｍとする。傾斜角度θは、位相差αに対して
【００６２】
【数３】
0005758779.tif 000004
【００６３】
の関係から求められる。図２（ｂ）に示した光カプラの場合、出力端近傍で２つの出力ポートの各々の信号光がよく集束する。このため、出力ポート１，２の光路長差が良好な近似でｎｄ×Ｓｉｎθとなる。つまり、位相差αは（３）式を波長で規格化して得られる値であることがわかる。このように、所望の位相差を与えるためには、傾斜角度θを、導波モードの有効屈折率と出力端の幅方向中心位置Ｃ２に対する出力ポート１，２の各々の間隔に応じて調節すればよい。α＝π／４とした場合には、（２）式は
【００６４】
【数４】
0005758779.tif 000005
【００６５】
と表わされる。
（４：４ＭＭＩカプラ）
図１に示した４：４ＭＭＩカプラ２について詳細に説明する。図４は、平行四辺形形状の４：４ＭＭＩカプラと長方形形状の４：４ＭＭＩカプラとを対比して説明した図である。図４（ａ）は、長方形形状の４：４ＭＭＩカプラを示し、図４（ｂ）は、平行四辺形形状の４：４ＭＭＩカプラを示している。
【００６６】
図４を参照して、カプラの幅をＷとすると、長方形形状の４：４ＭＭＩカプラ（図４（ａ））では、入力端の幅方向中心位置Ｃ１に対して−３Ｗ／８、−Ｗ／８、＋Ｗ／８、＋３Ｗ／８の位置にそれぞれポート１〜４の４つの入力ポートが配置される。同様に、長方形形状の４：４ＭＭＩカプラでは、出力端の幅方向中心位置Ｃ２に対して−３Ｗ／８、−Ｗ／８、＋Ｗ／８、＋３Ｗ／８の位置にそれぞれポート１〜４の４つの出力ポートが配置される。なお、使用しないポートが入力側にある場合は、当該ポートに入力用光導波路を接続しなくてもよい。
【００６７】
図４（ａ）に示される長方形形状の４：４ＭＭＩカプラでは、カプラの幅Ｗと長さＬとを適切に選択することによって、入力ポート１〜４のいずれに光を入射させた場合でも、上述の出力ポート１〜４において、入力ビーム径と同じビーム径で強度が等分された４つの出力光を得ることができる。
【００６８】
入力ポート１〜４の各々に入力光を入れる場合の出力ポート１〜４における光の位相について説明する。なお、以下では入力光の位相を０とし、入力ポート１〜４に対して共通の位相を省略して表示する。
【００６９】
入力ポート１に入射された入力光の位相に対する出力ポート１〜４での出力光の位相は、それぞれ、０、−３π／４、π／４、０となる。入力ポート２に対する出力ポート１〜４の位相は、それぞれ、−３π／４、０、０、π／４となる。入力ポート３に対する出力ポート１〜４の位相は、それぞれ、π／４、０、０、−３π／４となる。入力ポート４に対する出力ポート１〜４の位相は、それぞれ０、π／４、−３π／４、０となる。
【００７０】
入力ポート１，２，３，４の信号光の電界振幅をそれぞれＩ1，Ｉ2，Ｉ3，Ｉ4とし、出力ポート１，２，３，４の信号光の電界振幅をそれぞれＯ1，Ｏ2，Ｏ3，Ｏ4とする。上記の関係は、行列を用いて
【００７１】
【数５】
0005758779.tif 000006
【００７２】
と表わされる。
ここで入力端の幅方向中心位置Ｃ１に対して非対称に位置する２つの入力ポート（たとえば入力ポート１と３）に光が入力される場合、出力ポート１〜４での位相差は、それぞれπ／４、−３π／４、π／４、−３π／４、となる。出力ポート１，４が対となった出力チャネルでは、位相差がπとなり、入射光が逆相で干渉する。出力ポート２，３が対となった出力チャネルでも、位相差がπとなり、入射光が逆相で干渉する。ただし、後者のチャネルでは、前者の出力チャネルと位相がπ／２異なる。したがって光９０°ハイブリッドの特性が得られる。
【００７３】
同様に、図４（ｂ）に示した平行四辺形形状の４：４ＭＭＩカプラにおいても、カプラの幅Ｗと長さＬとを適切に選択する。これによって、入力ポート１〜４のいずれに光を入射させた場合でも、出力ポート１〜４において、入力ビーム径と同じビーム径で強度が等分された４つの出力光を得ることができる。
【００７４】
なお、入力ポートおよび出力ポートの位置を、−３Ｗ／８＋Δ、−Ｗ／８−Δ、＋Ｗ／８＋Δ、＋３Ｗ／８−Δ（Δは微小な距離であり、Ｗ／８＞Δ）とする場合も同様の効果を有する。
【００７５】
たとえば、カプラ幅および入力ポート１〜４の位置および出力ポート１〜４の位置を図４（ａ）に示した長方形形状の４：４ＭＭＩカプラと同様に設定する。ただし、平行四辺形の形状は、長方形の２つの長辺を角度θだけ傾斜させた形状に等しい。なお０°＜θ＜９０°である。
【００７６】
長方形形状の４：４ＭＭＩカプラの場合と同様に、入力ポート１〜４の各々に入力光を入れる場合の出力ポート１〜４における光の位相について説明する。以下においても、入力光の位相を０とし、入力ポート１〜４に対して共通の位相を省略して表示する。
【００７７】
入力ポート１に入力光を入れる場合の出力ポート１〜４における光の位相は、それぞれ、０、−３π／４−β、π／４−２β、−３βとなる。入力ポート２に対する出力ポート１〜４における光の位相は、それぞれ、−３π／４＋β、０、０−β、π／４＋２βとなる。入力ポート３に対する出力ポート１〜４における光の位相は、それぞれ、π／４＋２β、０＋β、０、−３π／４＋βとなる。入力ポート４に対する出力ポート１〜４における光の位相は、それぞれ、０＋３β、π／４＋２β、−３π／４＋β、０となる。βは、平行四辺形の頂角と９０°の差（傾斜角度θに等しい）にほぼ比例した光位相の変化量である。
【００７８】
（５）式の場合と同様に、平行四辺形形状の４：４ＭＭＩカプラにおいて、入力ポート１〜４における信号光の電界振幅をＩ1，Ｉ2，Ｉ3，Ｉ4とし、出力ポート１〜４における信号光の電界振幅をそれぞれＯ1，Ｏ2，Ｏ3，Ｏ4とする。両者の関係は、
【００７９】
【数６】
0005758779.tif 000007
【００８０】
と表される。
たとえば、Ｃ帯あるいはＬ帯の波長域で光９０°ハイブリッドを使用する場合には、図４（ａ）に示す長方形形状の４：４ＭＭＩカプラは、たとえば、前述の入力側２：２光カプラの場合と同様の構造を有する半導体ウエハによって実現される。具体的な一例を示すと、カプラの幅Ｗおよび長さＬがそれぞれ１２．０μｍ、３１３μｍに設計される。入力用導波路および出力用導波路の幅はたとえば２．０μｍと設計される。４つの入力ポートの中心位置は、カプラの入力端の幅方向中心位置Ｃ１から±４．５μｍ（＝±３Ｗ／８）および±１．５μｍ（＝±Ｗ／８）離れた位置に定められる。同じく４つの出力ポートの中心位置がカプラの出力端の幅方向中心位置Ｃ２の中心位置から±４．５μｍ（＝±３Ｗ／８）および±１．５μｍ（＝±Ｗ／８）離れた位置に定められる。これにより上述の特性を有する４：４ＭＭＩカプラが得られる。
【００８１】
なお、素子構造を示した上記の値は典型値であり、実際には、屈折率あるいは厚みといった素子構造のばらつきに応じて素子ごとに、最適な素子構造が分布を持つと考えられる。
【００８２】
次に、平行四辺形形状の４：４ＭＭＩカプラについて説明する。まず、平行四辺形の傾斜角度θは、前述の平行四辺形形状の２：２ＭＭＩカプラと同じように、次の式に従って定めることができる。
【００８３】
【数７】
0005758779.tif 000008
【００８４】
互いに隣接する２つの出力ポート（出力ポート１，２または出力ポート３，４）の中心位置の間隔は前述の２：２光カプラの場合と等しく、導波モードの有効屈折率も、上記の有効屈折率にほぼ等しい。したがってβ＝π／４を満たす傾斜角度θは、２：２光カプラの場合と同様に１．１°となる。
【００８５】
β＝π／４の場合には、前述の（６）式は、
【００８６】
【数８】
0005758779.tif 000009
【００８７】
と表される。
平行四辺形形状の４：４ＭＭＩカプラの入力ポート１〜４の各々に入力光を入れる場合の出力ポート１〜４における光の位相について説明する。入力光の位相を０とし、入力ポート１〜４に対して共通の位相を省略して表示する。式（８）から、入力ポート１に入射された入力光の位相に対する出力ポート１〜４での出力光の位相は、それぞれ、０、π、−π／４、−３π／４となる。入力ポート２に対する出力ポート１〜４での出力光の位相は、それぞれ、−π／２、０、−π／４、−π／４となる。入力ポート３に対する出力ポート１〜４での出力光の位相は、それぞれ、＋３π／４、＋π／４、０、πとなる。入力ポート４に対する出力ポート１〜４での出力光の位相は、それぞれ、３π／４、３π／４、−π／２、０となる。
【００８８】
（２：２ＭＭＩカプラと４：４ＭＭＩカプラとの組み合わせ）
図１を再び参照して、平行四辺形形状の２：２ＭＭＩカプラ１と、平行四辺形形状の４：４ＭＭＩカプラ２とを組み合わせた構成について説明する。
【００８９】
２：２ＭＭＩカプラ１の入力ポート２に電界振幅がＩ、位相が０の入射光を入れたとする。この場合の各出力ポートの電界振幅は、式（４）および式（８）から、以下のように表わされる。なお式（９）では共通の位相は省略して表記されている。
【００９０】
【数９】
0005758779.tif 000010
【００９１】
式（９）から、等しい光強度を有し、位相が互いに異なる光が４：４ＭＭＩカプラ２の第１〜第４の出力ポートから出力されることが分かる。第１〜第４の出力ポートから出力された出力光の位相は、それぞれ、π／４、−π／４、０、０である。
【００９２】
一方、４：４ＭＭＩカプラ２の第４の入力ポートに電界振幅がＩ、位相が０の入射光を入れたとする。この場合の各出力ポートの電界振幅は、式（４）および式（８）から、以下のように表わされる。なお式（１０）では共通の位相は省略して表記されている。
【００９３】
【数１０】
0005758779.tif 000011
【００９４】
式（１０）から、等しい光強度を有し、位相が互いに異なる光が４：４ＭＭＩカプラ２の第１〜第４の出力ポートから出力されることが分かる。第１〜第４の出力ポートから出力された出力光の位相は、それぞれ、−３π／４、−π／４、π、０である。
【００９５】
４：４ＭＭＩカプラ２の第３、第４の出力ポートには、長方形形状の２：２光カプラ３が接続される。２：２光カプラ１の第２の入力ポートに電界振幅がＩ、位相が０の入射光を入れる。この場合の２：２光カプラ３の２つの出力ポートの電界振幅は、式（９）の関係から、次のように表わされる。なお式（１１）では共通の位相は省略して表記されている。
【００９６】
【数１１】
0005758779.tif 000012
【００９７】
一方、４：４ＭＭＩカプラ２の第４の入力ポートに電界振幅がＩ、位相が０の光が入射した際に、４：４ＭＭＩカプラ２の第１および第２の出力ポートと２：２光カプラ３の第１および第２の出力ポートとから出射される光の電界振幅は、式（１０）の関係から、次のように表わされる。なお式（１２）では、共通の位相を省略して表記されている。
【００９８】
【数１２】
0005758779.tif 000013
【００９９】
ここで式（１１）の右辺の各要素と式（１２）の右辺の各要素との間で位相を比較する。これにより、４：４ＭＭＩカプラ２の第１および第２の出力ポートと、２：２光カプラ３の第１および第２の出力ポートとにおける、２つの入力光による出力信号光の相対位相差が、それぞれ、π、０、＋π／２、−π／２になることがわかる。
【０１００】
すなわち、入力用の光導波路５，１０に、電界振幅がＩ、位相が０の入射光を入れると、第１の出力チャネル（４：４ＭＭＩカプラ２の第１および第２の出力ポート）と第２の出力チャネル（２：２光カプラ３の第１および第２の出力ポート）とから出射光が出射される。２：２ＭＭＩカプラ１の傾斜角度および４：４ＭＭＩカプラ２の傾斜角度を適切に設定することにより、４つの出射光の入射光に対する位相差を、それぞれπ、０、−π／２、＋π／２にすることができる。
【０１０１】
このように、図１に示した構成によれば、第１の出力チャネルから出力される出力信号光対と、第３の出力チャネルから出力される出力信号光対との間に直交位相関係が成立する。さらに、各チャネルでは、２つの信号光の位相が互いに１８０°異なる。実施の形態１によれば、直交位相関係にある２つの出力チャネルを備えるとともに、２つの出力チャネルの各々において、位相が互いに１８０°異なる２つの出力光をそれぞれ伝達する２つの導波路が隣接するように構成された光９０°ハイブリッドを実現できる。
【０１０２】
図１に示した構成では、光導波路は、ＭＭＩカプラの入射端面（あるいは出射端面）に対して垂直に構成される。ただし、光導波路とＭＭＩカプラとの接続による接続損失が小さくなるように、ＭＭＩカプラの傾斜角度に応じて、光導波路を入射端面（あるいは出射端面）に対して垂直方向から傾かせてもよい。
【０１０３】
図５は、図１に示された構成を有する光ハイブリッド回路の特性を導波路シミュレーションで確認した結果を示した図である。なお計算にはＢＰＭ法（ビーム伝搬法）を用いた。
【０１０４】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、図１に示した光ハイブリッド回路において、強度が互いに等しく、かつ位相差を有する２つの信号光を２ヶ所から光ハイブリッド回路に入射した場合の伝搬光の光強度分布を示している。２つの信号光の波長はともに１５５０ｎｍであり、２つの信号光の偏波モード（偏光方向）はともにＴＥモードである。
【０１０５】
図５（ａ）の場合における位相差を基準とした、２つの入射光の相対位相差は、０°（図５（ａ））、９０°（図５（ｂ））、１８０°（図５（ｃ））および２７０°（図５（ｄ））である。出力ポート１〜４の光強度の比は、０：１：０．５：０．５（図５（ａ））、０．５：０．５：１：０（図５（ｂ））、１：０：０．５：０．５（図５（ｃ））、０．５：０．５：０：１（図５（ｄ））となっている。
【０１０６】
出力ポート１〜４における位相差を、２つの入射光の伝搬成分が有する位相差で表現すると、０、π、−π／２、＋π／２（図５（ａ））、＋π／２、−π／２、０、π（図５（ｂ））、π、０、＋π／２、−π／２（図５（ｃ））、および−π／２、＋π／２、π、０（図５（ｄ））となる。すなわち、第１および第２の出力ポートにより構成されたチャネルと、第３および第４の出力ポートから構成されたチャネルとは直交位相関係にある。このことから、図１に示した光ハイブリッド回路が９０°ハイブリッドとして動作することが確認できる。
【０１０７】
さらに、図５から、出力ビーム径が入力ビーム径と等しいことが分かる。このことから入力用光導波路および出力用光導波路に同じ幅の導波路を適用できることがわかる。
【０１０８】
図１４に示された構成によれば、４：４ＭＭＩカプラの幅方向中心位置に対して非対称な関係にある２つの位置から４：４ＭＭＩカプラに光を入力した場合には、出力光導波路の交差部が発生する。しかしながら、図１に示された構成では、入力用の２：２光カプラ１、４：４ＭＭＩカプラ２および出力用の２：２光カプラ３の形状を適切に定めることによって、４：４ＭＭＩカプラの幅方向中心位置に対して非対称な関係にある２つの位置に光を入力しても、出力光導波路の交差部を発生させなくすることができる。
【０１０９】
具体的には、２：２光カプラ１および４：４ＭＭＩカプラ２の形状が平行四辺形とされ、２：２光カプラ３の形状が長方形とされる。さらに、２：２光カプラ１および４：４ＭＭＩカプラ２の各々について、平行四辺形の傾斜角度（図１ではθと表わす）が適切に調整される。
【０１１０】
実施の形態１によれば、１つの入力ポートへの入力光が複数の出力ポートに出力される場合、強度は等しいまま、平行四辺形の傾斜角度に応じて位相差を変更できる。複数のカプラを接続する際、後段のカプラでは、複数の入力ポートの位相差に応じて出力特性が変化する。前段のカプラの出力位相差を平行四辺形の傾斜角度によって調整できるので、複数段の光カプラからなる複合カプラの特性を所望の特性に容易に設計できる。
【０１１１】
したがって図１に示すように、位相シフタが省略された光９０°ハイブリッドが実現できる。図１の構成によれば、位相シフタの製造ばらつきに起因する位相シフト量のばらつきを考慮する必要がなくなる。
【０１１２】
なお、製造条件の変動により、平行四辺形の大きさが多少変動することが考えられる。しかしながら平行四辺形の傾斜角度は、露光パターンで決定される角度からずれることは起こりにくい。位相シフト量は傾斜角度に依存するので、位相シフト量を安定させることができる。このため、導波路型の位相シフタを用いる場合よりも、位相シフト量を安定させることができる。
【０１１３】
図１の構成によれば、位相シフタを省略しても、出力ビーム径が増大することを抑制できる。これにより安定した特性を有する光９０°ハイブリッドを実現できる。さらに位相シフタ導波路を省略することができるので、光９０°ハイブリッドの素子長さを小さくできる。
【０１１４】
ただし、実施の形態１は位相シフタの使用を排除するものではない。図６は、実施の形態１に係る光ハイブリッド回路の他の構成例を示す図である。図６を参照して、光ハイブリッド回路１００Ａは、２：２ＭＭＩカプラ１Ａと、４：４ＭＭＩカプラ２Ａと、２：２ＭＭＩカプラ３とを備える。光ハイブリッド回路１００Ａは、さらに、光導波路５，１０，１９，２０，２１，２１Ａを備える。
【０１１５】
図１に示した光ハイブリッド回路１００と図６に示した光ハイブリッド回路１００Ａとの相違点は次の通りである。まず、４：４ＭＭＩカプラ２Ａおよび、その前段の２：２ＭＭＩカプラ１Ａの形状がともに長方形である。さらに、４：４ＭＭＩカプラの第３および第４の出力ポート３，４と２：２光カプラ３の第１および第２の入力ポートとが光導波路２１，２１Ａで結合される。光導波路２１，２１Ａのうちのいずれか一方（図６に示した構成では、光導波路２１Ａ）に、位相をπ／４シフトさせる位相シフタが設けられる。
【０１１６】
なお、図６に示した光ハイブリッド回路１００Ａの構造に関する他の点については、基本的には、図１に示した光ハイブリッド回路１００の構造と同様であるので以後の説明は繰り返さない。
【０１１７】
図６に示した構成においても、４：４ＭＭＩカプラ２Ａの入力端の中心に対して非対称となる２ヶ所に信号光（ＱＰＳＫ信号光）および局発光が入力される。この構成によっても出力光導波路の交差部を発生させなくすることができる。
【０１１８】
このように、実施の形態１によれば、光ハイブリッド回路は、直交位相関係にある２つの出力チャネルを有する。２つの出力チャネルの各々は、隣接した２つの光導波路を有する。２つの光導波路を伝播する出力光の位相が１８０°異なる。これにより光ハイブリッド回路からの出力光を光検出器に入射させる際に出力導波路の交差部を必要としなくなる。したがって小型であるとともに、光学特性の劣化なしにＱＰＳＫ光信号の受信に好適である光受信回路を実現できる。
【０１１９】
さらに、実施の形態１によれば、４：４ＭＭＩカプラの入力端の幅と出力端との幅が同じである。したがってＭＭＩカプラの小型化を実現できる。幅が広がらない形状であるため、入力ビームの径と同じ径のビームが出力側に結像する。これにより、出力ビーム径が増大することを防ぐことができるので、信号品質の劣化を防止できる。
【０１２０】
なお、上記の説明ではα＝π／４としたが、α＝π／４＋２ｐ×π（ｐは整数）となるように２：２光カプラ１の傾斜角度が調整されてもよい。同じく、β＝π／４＋２ｑ×π（ｑは整数）となるように４：４ＭＭＩカプラ２の傾斜角度が調整されてもよい。つまり、平行四辺形形状のカプラから出力される出力光対の相対的位相差（２つの信号間の位相差）が、その平行四辺形の幅および長さとそれぞれ同じ幅および長さを有する長方形状のカプラの出力光対の相対位相差に対してπ／４＋（整数）×２πとなればよい。
【０１２１】
［実施の形態２］
実施の形態２に係る光ハイブリッド回路も、実施の形態１と同じく、４値位相変調（ＱＰＳＫ）または差動４値位相変調（ＤＱＰＳＫ）方式の光伝送信号の復調に用いられる。
【０１２２】
図７は、実施の形態２に係る光ハイブリッド回路の概略的な構成を示した図である。図７を参照して、光ハイブリッド回路１０１は、平行四辺形形状の２：４ＭＭＩカプラ２２と長方形形状の２：２光カプラ３とを備える。平行四辺形形状の２：４ＭＭＩカプラ２２と長方形形状の２：２光カプラ３とは縦続接続される。
【０１２３】
光ハイブリッド回路１０１は、さらに、入力用の光導波路１０，２７と、出力用の光導波路１７〜２０とを備える。入力用の光導波路２７は、平行四辺形形状の２：４ＭＭＩカプラ２２の第１の入力ポート（入力ポート６）に接続される。入力用の光導波路１０は、平行四辺形形状の２：４ＭＭＩカプラ２２の第２の入力ポート２（入力ポート７）に接続される。出力用の光導波路１７〜２０は平行四辺形形状の２：４ＭＭＩカプラ２２の第１および第２の出力ポート（出力ポート２８，２９）、および長方形形状の２：２光カプラ３の第１および第２の出力ポートに接続される。
【０１２４】
なお光ハイブリッド回路１０１を実現する光導波路の構成は、たとえば図３に示した構成と同じ構成を適用できる。したがって実施の形態２では光導波路の構成に関する説明を繰り返さない。
【０１２５】
後で詳細に説明するように、実施の形態２では、入力用の光導波路２７，１０は、２：４ＭＭＩカプラ２２の入射端を幅方向に３等分する２ヶ所に接続されている。これら２つの位置は、入射端の中心に対して対称である。
【０１２６】
図８は、平行四辺形形状の２：４光カプラと長方形形状の２：４光カプラとを対比した図である。図８（ａ）は、長方形形状の２：４光カプラを示す。図８（ｂ）は、平行四辺形形状の２：４光カプラを示す。
【０１２７】
まず、図８（ａ）に示す長方形形状の場合の２：４光カプラの作用について説明する。入力ポート１，２に入射させる信号光の電界振幅をＩ1，Ｉ2とし、出力ポート１，２，３，４の信号光の電界振幅をＯ1，Ｏ2，Ｏ3，Ｏ4とする。実施の形態１の場合と同様に考えると、長方形形状の２：４ＭＭＩカプラの特性は、以下の式に従って説明できる。
【０１２８】
【数１３】
0005758779.tif 000014
【０１２９】
図８（ａ）に示す長方形形状の２：４光ＭＭＩカプラの幅および長さを、それぞれ１８．０μｍおよび２３３μｍとし、入力用導波路および出力用導波路の幅を２．０μｍとし、入力ポートの中心位置を、２：４光ＭＭＩカプラの入力端の中心位置から３．０μｍとする。これにより、上述の特性を有する２：４光ＭＭＩカプラが得られる。４つの出力ポートの位置は、２：４光ＭＭＩカプラの出力端の幅方向中心位置から±３．０μｍおよび±６．０μｍの位置とする。これにより、出力ポート１，２間の間隔および出力ポート３，４間の間隔が、実施の形態１と同じく３μｍとなる。ただし、実施の形態２では、出力ポート２，３間の間隔が６μｍであり、実施の形態１での４：４光ＭＭＩカプラでの間隔（３μｍ）の２倍となる。
【０１３０】
なお、素子構造を示した上記の値は典型値であり、実際には、屈折率あるいは厚みといった素子構造のばらつきに応じて素子ごとに、最適な素子構造が分布を持つと考えられる。
【０１３１】
次に、図８（ｂ）に示した平行四辺形形状の２：４ＭＭＩカプラと図８（ａ）に示した長方形形状の２：４ＭＭＩカプラとの違いについて説明する。
【０１３２】
まず平行四辺形形状の２：４光ＭＭＩカプラの幅、長さ、入力用導波路および出力用導波路の幅、入力ポートの中心位置（入力端の幅方向中心位置からの距離）、出力ポートの中心位置（出力端の幅方向中心位置から距離）を、上述した長方形形状の２：４ＭＭＩカプラの対応する値と同じにする。図６（ａ）に示した長方形形状の２：４ＭＭＩカプラでは、カプラの幅Ｗと長さＬとを適切に選択することによって、入力ポート１〜４のいずれに光を入射させた場合でも、上述の出力ポート１〜４において、入力ビーム径と同じビーム径で強度が等分された４つの出力光を得ることができる。
【０１３３】
入力ポート１，２に入力光を入れる場合、入力光の位相を０とすると、出力ポート１〜４における光の位相は、入力ポート１に対してそれぞれ、−π／４、０、０、３π／４となり、入力ポート２に対してそれぞれ３π／４、０、０、−π／４となる。なお、共通の位相は省略して表示されている。
【０１３４】
入力ポート１，２の信号光の電界振幅をＩ1，Ｉ2とし、出力ポート１，２，３，４の信号光の電界振幅をＯ1，Ｏ2，Ｏ3，Ｏ4とする。上記の関係は、行列を用いて以下のように表わすことができる。
【０１３５】
【数１４】
0005758779.tif 000015
【０１３６】
長方形形状の２：４ＭＭＩカプラと同様に、平行四辺形形状の２：４ＭＭＩカプラも、カプラの幅Ｗと長さＬとを適切に選択する。これにより、入力ポート１、２のいずれに光を入射させた場合でも、上述の出力ポート１〜４において、入力ビーム径と同じビーム径で強度が等分された４つの出力光を得ることができる。
【０１３７】
入力ポート１、２に入力光を入れる場合、入力光の位相を０とすると、出力ポート１〜４における光の位相は、入力ポート１に対してそれぞれ、−π／４−γ、０、＋２γ、３π／４＋３γとなり、入力ポート２に対してそれぞれ、３π／４−３γ、−２γ、０、−π／４＋γとなる。ここでγは、平行四辺形の頂角と９０°の差（図８では角度θで示す）にほぼ比例した光位相の変化量であり、出力ポート間隔に応じた変化を出力ポートの光位相に対して与える。
【０１３８】
平行四辺形形状の２：４ＭＭＩカプラにおける、入力信号光の電界振幅をＩ1，Ｉ2と、出力ポート１，２，３，４の信号光の電界振幅Ｏ1，Ｏ2，Ｏ3，Ｏ4との関係は、行列を用いて次のように表わされる。
【０１３９】
【数１５】
0005758779.tif 000016
【０１４０】
出力ポート３，４間の間隔（および出力ポート１，２間の間隔）をｄとすると、平行四辺形の傾斜角度θは、前述の２：２光カプラの場合と同様に、式（７）を用いて決めることができる。上記の式（７）においてβをγに置き換えればよい。
【０１４１】
隣接する出力ポートの中心位置の間隔ｄが前述の２：２光カプラの場合と等しく、導波モードの有効屈折率もほぼ等しい。これによりγ＝π／４を与える傾斜角度θは、２：２光カプラの場合と同様の１．１°となる。
【０１４２】
この場合、前述の（１５）式は
【０１４３】
【数１６】
0005758779.tif 000017
【０１４４】
と表わされる。
式（１６）から、入力ポート１に光が入力された場合、出力ポート１〜４には等しい光強度で位相が異なる光が出力され、出力ポート１〜４における出力光の位相が、それぞれ、−π／２、０、π／２、−π／２となることが分かる。同じく式（１６）から、入力ポート２に光が入力された場合にも、出力ポート１〜４には等しい光強度で位相が異なる光が出力され、各出力ポート１〜４における出力光の位相が、それぞれ、０、−π／２、０、０となることが分かる。
【０１４５】
図７に戻り、実施の形態２では、平行四辺形形状の２：４ＭＭＩカプラ２２の第３、第４の出力ポートに長方形形状の２：２光カプラ３が接続される。２：４ＭＭＩカプラ２２の第１の入力ポートに電界振幅がＩ、位相が０の入射光を入れる場合、平行四辺形形状の２：４ＭＭＩカプラ２２の第１および第２の出力ポートおよび２：２光カプラ３の第１および第２の出力ポートの電界振幅は、式（１６）の関係から、
【０１４６】
【数１７】
0005758779.tif 000018
【０１４７】
と表わされる。なお、式（１７）は、共通の位相は省略して表記されている。
同様に、２：４ＭＭＩカプラ２２の第２の入力ポートに電界振幅がＩ、位相が０の入射光を入れる場合、平行四辺形形状の２：４ＭＭＩカプラ２２の第１および第２の出力ポートおよび２：２光カプラ３の第１および第２の出力ポートの電界振幅は、式（１６）の関係から、
【０１４８】
【数１８】
0005758779.tif 000019
【０１４９】
と表わされる。なお、式（１８）は、共通の位相を省略して表記されている。
式（１７）の右辺の各要素と式（１８）の右辺の各要素との間で位相を比較する。これにより、２：４ＭＭＩカプラ２の第１および第２の出力ポートと、２：２光カプラ３の第１および第２の出力ポートとにおける、２つの入力光による出力信号光の相対位相差が、それぞれ、−π／２、π／２、π、０になることがわかる。
【０１５０】
このように、実施の形態２では、２つの入射光が、平行四辺形形状の２：４ＭＭＩカプラの第１および第２の出力ポートと長方形形状の２：２光カプラの第１および第２の出力ポートにおいて４つの出射光に変換される。平行四辺形の傾斜角度θを適切に設定することによって、４つの出ポートにおける光の位相差が、それぞれ、−π／２、π／２、π、０となる。したがって、実施の形態２によれば、直交位相関係をもつ２つの出力チャネルを有し、かつ、各チャネルでは、位相が互いに１８０°異なる２つの導波路が隣接した光９０°ハイブリッドを実現できる。
【０１５１】
図９は、図７に示された構成を有する光ハイブリッド回路の特性を導波路シミュレーションで確認した結果を示した図である。なお実施の形態１と同様に、計算にはＢＰＭ法を用いた。
【０１５２】
図９（ａ）〜図９（ｄ）は、図７に示した光ハイブリッド回路において、強度が互いに等しく、かつ位相差を有する２つの信号光を２ヶ所から光ハイブリッド回路に入射した場合の伝搬光の光強度分布を示している。２つの信号光の波長はともに１５５０ｎｍであり、２つの信号光の偏波モード（偏光方向）はともにＴＥモードである。
【０１５３】
図９（ａ）の場合における位相差を基準とした、２つの入射光の相対位相差は、０°（図９（ａ））、９０°（図９（ｂ））、１８０°（図９（ｃ））および２７０°（図９（ｄ））である。出力ポート１〜４の光強度の比は、０．５：０．５：０：１（図９（ａ））、０：１：０．５：０．５（図９（ｂ））、０．５：０．５：１：０（図９（ｃ））、１：０：０．５：０．５（図９（ｄ））となっている。
【０１５４】
出力ポート１〜４における位相差を、２つの入射光の伝搬成分が有する位相差で表現すると、−π／２、π／２、π、０（図９（ａ））、π、０、＋π／２、−π／２（図９（ｂ））、＋π／２、−π／２、０、π（図９（ｃ））、０、π、−π／２、＋π／２（図９（ｄ））となる。すなわち、出力ポート１，２と出力ポート３，４とは直交位相関係となっている。このことから、図７に示した光ハイブリッド回路が９０°ハイブリッド動作することが確認できる。
【０１５５】
さらに、図９から、出力ビーム径が入力ビーム径と等しいことが分かる。このことから実施の形態１と同じく、入力用光導波路および出力用光導波路に同じ幅の導波路を適用できることがわかる。
【０１５６】
実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、１つの入力ポートへの入力光が複数の出力ポートに出力される場合、強度は等しいまま、平行四辺形の傾斜角度に応じて位相差を変更できる。したがって、複数段の光カプラからなる複合カプラの特性を所望の特性に容易に設計できる。
【０１５７】
さらに、実施の形態２に係る光ハイブリッド回路では、位相シフタ導波路を省略することができる。これにより、位相シフタの製造ばらつきに起因する位相シフト量のばらつきを考慮する必要がなくなるとともに、安定した特性を有する光９０°ハイブリッドを実現できる。
【０１５８】
さらに、実施の形態２によれば、位相シフタを省略することができる。したがって光９０°ハイブリッドの素子長さを小さくできる。
【０１５９】
以上のように実施の形態２によれば、直交位相関係にある２つの出力チャネルを有する。各チャネルでは、２つの出力光の位相が互いに１８０°異なっている。これにより光ハイブリッド回路からの出力光を光検出器に入射させる際に出力導波路の交差部が生じなくなる。したがって小型であり、かつ光学特性の劣化なしにＱＰＳＫ光信号の受信に好適な光受信回路を実現できる。
【０１６０】
なお、実施の形態１と同じく、γはπ／４＋２ｑ×π（ｑは整数）であってもよく、π／４のみに限定されるものではない。
【０１６１】
［実施の形態３］
実施の形態３に係る光受信器は、４値位相変調（ＱＰＳＫ）または差動４値位相変調（ＤＱＰＳＫ）方式の光伝送信号の復調に用いられるデジタルコヒーレント光受信器である。
【０１６２】
図１０は、実施の形態３に係る光受信器の１つの具体例を示した図である。図１０を参照して、光受信器２００は、実施の形態１に係る光ハイブリッド回路１００と、光検出器としてのフォトダイオード３１ａ〜３１ｄと、ＴＩＡ３３ａ，３３ｂと、ＡＤ（Analog-Digital）変換回路３４ａ，３４ｂと、デジタル演算回路３５とを備える。
【０１６３】
フォトダイオード３１ａ〜３１ｄは、出力用の光導波路１７，１８，１９，２０からそれぞれ出力された光をアナログ電気信号に変換する。ＴＩＡ３３ａは、フォトダイオード３１ａ，３１ｂから出力されたアナログ電気信号を差動増幅する。同じくＴＩＡ３３ｂは、フォトダイオード３１ｃ，３１ｄから出力されたアナログ電気信号を差動増幅する。
【０１６４】
ＡＤ変換回路３４ａはＴＩＡ３３ａによって増幅されたアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換する。同じくＡＤ変換回路３４ｂはＴＩＡ３３ｂによって増幅されたアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換する。デジタル演算回路３５は、ＡＤ変換回路３４ａ，３４ｂから出力されるデジタル電気信号を用いて演算処理を実行する。具体的には、デジタル演算回路３５は、局発光の位相を基準としたＱＰＳＫ信号光の位相差をリアルタイムで算出する。
【０１６５】
フォトダイオード３１ａ〜３１ｄには、たとえば導波路型構造の検出器が使用される。具体例を示すと、フォトダイオード３１ａ〜３１ｄは、ＩｎＰ基板上に光ハイブリッドとモノリシックに集積して作製される。フォトダイオードと光ハイブリッドとがモノリシックに集積されているので、出力光をフォトダイオードに入射させる際に光学系のアライメントが不要になる。したがって光受信器の組立てを簡易にできる。
【０１６６】
入力ポート１にはＴＥ偏波のＱＰＳＫ信号が入力され、入力ポート２にはＴＥ偏波の局発光が入力される。各入射光は、たとえばＯＩＦ（The Optical Internetworking Forum
）で策定された１００Ｇ−ＤＰ−ＱＰＳＫ方式の規格に準拠した仕様のものである。
【０１６７】
１００Ｇ−ＤＰ−ＱＰＳＫ方式の光信号の受信のため、入力導波路の幅と出力導波路の幅は、ともに２．０μｍにすればよい。発明者等の検証では、素子長を１００μｍとし、３ｄＢ帯域として３２ＧＨｚ以上の応答特性が得られた。
【０１６８】
上記構成によって、局発光の位相を基準としたＱＰＳＫ信号光の位相差をリアルタイムに算出できるので、ＤＰ−ＱＰＳＫ信号の光受信器を構成できる。
【０１６９】
なお、実施の形態３に係る光受信器の構成は上記の構成に限定されるものではない。図１１は、実施の形態３に係る光受信器の他の具体例を示した図である。図１１を参照して、光受信器２００Ａは、光ハイブリッド回路１００に代えて光ハイブリッド回路１００Ａを備える。図１２は、実施の形態３に係る光受信器のさらに他の具体例を示した図である。図１２を参照して、光受信器２０１は、光ハイブリッド回路１００に代えて光ハイブリッド回路１０１を備える。光受信器２００Ａ，２０１の他の部分の構成は、光受信器２００の対応する部分の構成と同様であるので以後の説明を繰り返さない。
【０１７０】
ＴＩＡ３３ａ，３３ｂの各々が有する２つの差動信号入力端子は相互に隣接している。図１０〜図１２のいずれの構成によっても、位相が互いに１８０°異なる２つの光信号をそれぞれ出力する２つのポートを隣接させることができる。したがって２つの出力用導波路の交差する部分が発生しないので、光ハイブリッドの特定の劣化を防ぐことができる。以上の理由により、実施の形態３によれば、デジタルコヒーレント方式に好適な光受信器を提供することができる。
【０１７１】
［実施の形態４］
実施の形態４に係る光ハイブリッド回路も、実施の形態１，２と同じく、４値位相変調（ＱＰＳＫ）または差動４値位相変調（ＤＱＰＳＫ）方式の光伝送信号の復調に用いられる。
【０１７２】
図１７は、実施の形態４に係る光ハイブリッド回路の概略的な構成を示した図である。図１７（ａ），（ｂ）を参照して、実施の形態４に係る光ハイブリッド回路１０２は、長方形形状の２：４ＭＭＩカプラ４２と、平行四辺形形状の２：２光カプラ１とを備える。２：４ＭＭＩカプラ４２と、２：２光カプラ１とは縦続接続される。
【０１７３】
光ハイブリッド回路１０１は、さらに、入力用の光導波路１０，２７と、出力用の光導波路１７〜２０とを備える。入力用の光導波路２７は、２：４ＭＭＩカプラ４２の第１の入力ポート（入力ポート４３）に接続される。入力用の光導波路１０は、２：４ＭＭＩカプラ４２の第２の入力ポート２（入力ポート４４）に接続される。出力用の光導波路１７，１８は、２：４ＭＭＩカプラ４２の第１および第２の出力ポート（出力ポート４５，４６）にそれぞれ接続される。２：４ＭＭＩカプラ４２の第３および第４の出力ポート（出力ポート４７，４８）は、２：２光カプラ１の第１および第２の入力ポートにそれぞれ接続される。出力用の光導波路１９，２０は、２：２光カプラ１の第１および第２の出力ポートにそれぞれ接続される。
【０１７４】
なお光ハイブリッド回路１０２を実現する光導波路の構成は、たとえば図３に示した構成と同じ構成を適用できる。したがって実施の形態４では光導波路の構成に関する説明を繰り返さない。
【０１７５】
実施の形態２と同様に、実施の形態４では、入力用の光導波路２７，１０は、２：４ＭＭＩカプラ４２の入射端を幅方向に３等分する２ヶ所に接続されている。これら２つの位置は、入射端の中心に対して対称である。
【０１７６】
一例では、長方形形状２：４光カプラ４２の幅Ｗおよび長さＬを、それぞれ１８．０μｍおよび２３３μｍとし、入力用導波路および出力用導波路の幅を２．０μｍとし、長方形形状２：４光カプラ４２の入力ポートの中心位置を、２：４光ＭＭＩカプラ４２の入力端の中心位置から３．０μｍとする。これにより、出力ポート１〜４において、入力ビーム径と同じビーム径で強度が等分された４つの出力光が得られるという特性を有する２：４光ＭＭＩカプラが得られる（図８（ａ））を参照）。２：４ＭＭＩカプラ４２の４つの出力ポートの位置は、２：４光ＭＭＩカプラの出力端の幅方向中心位置から±３．０μｍおよび±６．０μｍの位置とする。これにより、出力ポート１，２間の間隔および出力ポート３，４間の間隔が、実施の形態１と同じく３μｍとなる。
【０１７７】
上記の光ハイブリッド回路の構造を図１７（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図１７（ａ）に長方形形状２：４光カプラ４２の出力ポート位置を示した。出力ポート位置は、出力ポート４５，４６、長方形形状カプラ４２の出力端の中心位置、出力ポート４７，４８が順に、等間隔ａになるように配置される。
【０１７８】
また、図１７（ｂ）に示すように、出力導波路１７，１８をポート４５，４６の位置からカプラ１と同様の角度で傾斜させることもできる。平行四辺形形状の２：２カプラ１の傾斜角度が大きい場合、図１７（ａ）に示された構造では、出力導波路１８と出力導波路１９とが接触してしまうことがありえる。その場合は、出力導波路１８，１９を図１７（ｂ）に示すような、２：４光カプラ４２の出射端面に対して垂直方向から傾かせた構造とすればよい。
【０１７９】
なお、素子構造を示した上記の値は典型値であり、実際には、屈折率あるいは厚みといった素子構造のばらつきに応じて素子ごとに、最適な素子構造が分布を持つと考えられる。
【０１８０】
実施の形態１と同様に、α＝π／４（αは光位相の変化量）となるように、平行四辺形形状の２：２光カプラ１の傾斜角度θが定められる。これにより、実施の形態２と同様に、２つの入力光による出力信号光の間の相対位相差は、２：４ＭＭＩカプラ４２の第１および第２の出力ポートと、２：２光カプラ１の第１および第２の出力ポートとにおいてそれぞれ−π／２，π／２，π，０になる。
【０１８１】
実施の形態４では、２つの入射光が、長方形形状の２：４ＭＭＩカプラ４２の第１および第２の出力ポートと、平行四辺形形状の２：２光カプラ１の第１および第２の出力ポートとにおいて４つの出射光に変換される平行四辺形の傾斜角度θを適切に設定することによって、４つの出力ポートにおける光の位相差が、それぞれ−π／２，π／２，π，０になる。したがって、実施の形態４によれば、直交位相関係を持つ２つの出力チャネルを有し、かつ、各チャネルでは、位相が互いに１８０°異なる２つの導波路が隣接した光９０°ハイブリッドを実現できる。図１７に示すように、たとえば光導波路２７にはＱＰＳＫ信号光が入力され、光導波路１０には局発光が入力される。光導波路１７，１８からの出射光はＩチャネルの光信号として用いられ、光導波路１９，２０からの出射光はＱチャネルの光信号として用いられる。
【０１８２】
さらに、実施の形態４によれば、実施の形態１，２と同様に、光ハイブリッド回路からの出力ビームの径を光ハイブリッド回路に入力されるビーム径と等しくすることができる。これにより実施の形態４によれば、実施の形態１，２と同じく、入力用光導波路および出力用光導波路に同じ幅の導波路を適用できる。
【０１８３】
さらに、実施の形態４によれば、実施の形態１，２と同様に、１つの入力ポートへの入力光が複数の出力ポートに出力される場合に、強度は等しいまま、平行四辺形の傾斜角度に応じて位相差を変更できる。したがって、実施の形態４によれば、複数段の光カプラからなる複合カプラの特性を所望の特性に容易に設計できる。
【０１８４】
さらに、実施の形態４に係る光ハイブリッド回路では、位相シフタ導波路を省略することができる。これにより、位相シフタの製造ばらつきに起因する位相シフト量のばらつきを考慮する必要がなくなるとともに、安定した特性を有する光９０°ハイブリッドを実現できる。
【０１８５】
さらに、実施の形態４によれば、位相シフタを省略することができる。したがって光９０°ハイブリッドの素子長さを小さくできる。
【０１８６】
以上のように実施の形態４によれば、直交位相関係にある２つの出力チャネルを有する。各チャネルでは、２つの出力光の位相が互いに１８０°異なっている。これにより光ハイブリッド回路からの出力光を光検出器に入射させる際に出力導波路の交差部が生じなくなる。したがって小型であり、かつ光学特性の劣化なしにＱＰＳＫ光信号の受信に好適な光受信回路を実現できる。
【０１８７】
図１８は、実施の形態４に係る光受信器の１つの具体例を示した図である。図１０および図１８を参照して、光受信器２０２は、光ハイブリッド回路１００に代えて光ハイブリッド回路１０２を備える。光受信器２０２の他の部分の構成は、光受信器２００の対応する部分の構成と同様であるので以後の説明を繰り返さない。図１８に示された光ハイブリッド回路１０２の構造は、図１７（ａ）に示された構造に対応するが、図１７（ｂ）に示された構造へと置き換えられることもできる。
【０１８８】
なお、実施の形態１と同じく、αはπ／４＋２ｑ×π（ｑは整数）であってもよく、π／４のみに限定されるものではない。
【０１８９】
［実施の形態５］
実施の形態５に係る光ハイブリッド回路も、実施の形態１，２，４と同じく、４値位相変調（ＱＰＳＫ）または差動４値位相変調（ＤＱＰＳＫ）方式の光伝送信号の復調に用いられる。
【０１９０】
図１９は、実施の形態５に係る光ハイブリッド回路の概略的な構成を示した図である。図１９を参照して、実施の形態５に係る光ハイブリッド回路１０３は、長方形形状の２：２ＭＭＩカプラ１Ａと、長方形形状の４：４ＭＭＩカプラ２Ａと、平行四辺形形状の２：２光カプラ１とを備える。光ハイブリッド回路１０３は、さらに、光導波路５，１０，１７Ａ，１８Ａ，１９，２０を備える。２：２光カプラ１、４：４ＭＭＩカプラ２Ａ、２：２光カプラ３も、光導波路である。２：２光カプラ１Ａと、４：４ＭＭＩカプラ２Ａと、２：２光カプラ１とは縦続接続される。
【０１９１】
４：４ＭＭＩカプラ２Ａの第１および第２の出力ポート（出力ポート１１，１２）には光導波路１７Ａ，１８Ａがそれぞれ接続される。光導波路１７Ａ，１８Ａは平行四辺形の形状を有する。４：４ＭＭＩカプラ２Ａの第３および第４の出力ポート（出力ポート１３，１４）には、２：２光カプラ１の入力チャネル、すなわち第１および第２の入力ポートが接続される。２：２光カプラ１の第１および第２の出力ポート（出力ポート１５，１６）には、光導波路２０，１９がそれぞれ接続される。
【０１９２】
図１９に示された構成によれば、４：４ＭＭＩカプラ２Ａの第１および第２の出力ポート（出力ポート１１，１２）が第１の出力チャネルを構成し、４：４ＭＭＩカプラ２Ａの第３および第４の出力ポート（出力ポート１３，１４）が第２の出力チャネルを構成する。さらに、２：２光カプラ１の２つの出力ポートが第３の出力チャネルを構成する。
【０１９３】
なお光ハイブリッド回路１０３を実現する光導波路の構成は、たとえば図３に示した構成と同じ構成を適用できる。したがって実施の形態５では光導波路の構成に関する説明を繰り返さない。
【０１９４】
光導波路５に入力された光は、２：２光カプラ１Ａの第２の入力ポートに入力される。これにより２：２光カプラ１の２つの出力ポートから２つの光がそれぞれ出力される。これらの２つの出力光は４：４ＭＭＩカプラ２Ａの第２および第３の入力ポート（入力ポート７，８）にそれぞれ入力される。一方、光導波路１０に入力された光は、４：４ＭＭＩカプラ２Ａの第４の入力ポート（入力ポート９）に入力される。
【０１９５】
４：４ＭＭＩカプラ２Ａの第２〜第４の入力ポートに光が入力されることにより４：４ＭＭＩカプラ２Ａの第１〜第４の出力ポートの各々から光が出力される。４：４ＭＭＩカプラ２Ａの第１および第２の出力ポート（出力ポート１１，１２）から光導波路１７Ａ，１８Ａを経由して光が出力される。一方、４：４ＭＭＩカプラ２の第３および第４の出力ポート（出力ポート１３，１４）から出力された光は、２：２光カプラ１の第１および第２の入力ポートにそれぞれ入力される。これにより、２：２光カプラ１の第１および第２の出力ポートから光導波路１９，２０を介して光が出力される。すなわち、上記した第１および第３の出力チャネルから、第１の出力光信号対と第２の出力光信号対とがそれぞれ出力される。
【０１９６】
たとえば、Ｃ帯あるいはＬ帯の波長域で光９０°ハイブリッドを使用する場合には、図２（ａ）に示された長方形形状の２：２光カプラと同じく、長方形形状の光カプラ１Ａの幅Ｗおよび長さＬがそれぞれ５．０μｍおよび１１２μｍとされる。図２（ｂ）に示された平行四辺形形状の２：２光カプラと同じく、平行四辺形形状の光カプラ１の幅Ｗおよび長さＬがそれぞれ５．０μｍおよび１１２μｍとされる。入力用導波路および出力用導波路の幅が２．０μｍとされる。
【０１９７】
光カプラ１，１Ａでは、２つの入力ポートの中心位置は、光カプラの入力端の幅方向中心位置Ｃ１から一方の側および反対の側に１．５μｍ離れた位置とされる。同じく、光カプラ１，１Ａでは、２つの出力ポートの中心位置Ｃ２は、光カプラの出力端の中心位置から一方の側および反対の側に１．５μｍ離れた位置とされる。なお、光カプラ１，１Ａの各々の幅方向中心位置Ｃ１，Ｃ２は、図２を参照することにより理解可能である。
【０１９８】
長方形形状の４：４ＭＭＩカプラ２Ａは、図４（ａ）に示す長方形形状の４：４ＭＭＩカプラと同じく、前述の入力側２：２光カプラ１Ａの場合と同様の構造を有する半導体ウエハによって実現される。具体的な一例を示すと、カプラの幅Ｗおよび長さＬがそれぞれ１２．０μｍ、３１３μｍに設計される。入力用導波路および出力用導波路の幅はたとえば２．０μｍと設計される。４つの入力ポートの中心位置は、カプラの入力端の幅方向中心位置Ｃ１から±４．５μｍ（＝±３Ｗ／８）および±１．５μｍ（＝±Ｗ／８）離れた位置に定められる。同じく４つの出力ポートの中心位置がカプラの出力端の幅方向中心位置Ｃ２から±４．５μｍ（＝±３Ｗ／８）および±１．５μｍ（＝±Ｗ／８）離れた位置に定められる。これにより、出力ポート１〜４において、入力ビーム径と同じビーム径で強度が等分された４つの出力光が得られるという特性を有する４：４ＭＭＩカプラが得られる。
【０１９９】
なお、素子構造を示した上記の値は典型値であり、実際には、屈折率あるいは厚みといった素子構造のばらつきに応じて素子ごとに、最適な素子構造が分布を持つと考えられる。
【０２００】
実施の形態１と同様に、α＝π／４（αは光位相の変化量）となるように、平行四辺形形状の２：２光カプラ１の傾斜角度θが定められる。これにより、図１９に示す光ハイブリッド回路１０３では、入力端の幅方向中心位置Ｃ１に対して非対称に位置する２つの入力ポート（たとえば入力ポート８，９）に光が入力される場合、４：４ＭＭＩカプラ２Ａの第１および第２の出力ポートと、２：２光カプラ１の第１および第２の出力ポートとにおける、２つの入力光による出力信号光の相対位相差が、それぞれ、π、０、＋π／２、−π／２になる。すなわち、２：２ＭＭＩカプラ１の傾斜角度を適切に設定することにより、４つの出射光の入射光に対する位相差を、それぞれπ、０、−π／２、＋π／２にすることができる。
【０２０１】
このように、図１９に示した構成によれば、第１の出力チャネルから出力される出力信号光対と、第３の出力チャネルから出力される出力信号光対との間に直交位相関係が成立する。さらに、各チャネルでは、２つの信号光の位相が互いに１８０°異なる。実施の形態５によれば、直交位相関係にある２つの出力チャネルを備えるとともに、２つの出力チャネルの各々において、位相が互いに１８０°異なる２つの出力光をそれぞれ伝達する２つの導波路が隣接するように構成された光９０°ハイブリッドを実現できる。
【０２０２】
たとえば光導波路５にはＱＰＳＫ信号光が入力され、光導波路１０には局発光が入力される。光導波路１７Ａ，１８Ａからの出射光はＩチャネルの光信号として用いられ、光導波路１９，２０からの出射光はＱチャネルの光信号として用いられる。
【０２０３】
図１９に示した構成では、光導波路は、ＭＭＩカプラ２Ａの入射端面（あるいは出射端面）に対して垂直に構成される。たとえばただし、光導波路とＭＭＩカプラとの接続による接続損失が小さくなるように、ＭＭＩカプラの傾斜角度に応じて、光導波路を入射端面（あるいは出射端面）に対して垂直方向から傾かせてもよい。
【０２０４】
さらに、実施の形態５によれば、実施の形態１，２，４と同様に、光ハイブリッド回路からの出力ビームの径を光ハイブリッド回路に入力されるビーム径と等しくすることができる。これにより実施の形態５によれば、実施の形態１，２，４と同じく、入力用光導波路および出力用光導波路に同じ幅の導波路を適用できる。
【０２０５】
さらに、実施の形態５によれば、実施の形態１，２，４と同様に、１つの入力ポートへの入力光が複数の出力ポートに出力される場合に、強度は等しいまま、平行四辺形の傾斜角度に応じて位相差を変更できる。したがって、実施の形態５によれば、複数段の光カプラからなる複合カプラの特性を所望の特性に容易に設計できる。
【０２０６】
さらに、実施の形態５に係る光ハイブリッド回路では、位相シフタ導波路を省略することができる。これにより、位相シフタの製造ばらつきに起因する位相シフト量のばらつきを考慮する必要がなくなるとともに、安定した特性を有する光９０°ハイブリッドを実現できる。
【０２０７】
さらに、実施の形態５によれば、位相シフタを省略することができる。したがって光９０°ハイブリッドの素子長さを小さくできる。
【０２０８】
以上のように実施の形態５によれば、直交位相関係にある２つの出力チャネルを有する。各チャネルでは、２つの出力光の位相が互いに１８０°異なっている。これにより光ハイブリッド回路からの出力光を光検出器に入射させる際に出力導波路の交差部が生じなくなる。したがって小型であり、かつ光学特性の劣化なしにＱＰＳＫ光信号の受信に好適な光受信回路を実現できる。
【０２０９】
図２０は、実施の形態５に係る光受信器の１つの具体例を示した図である。図１０および図２０を参照して、光受信器２０３は、光ハイブリッド回路１００に代えて光ハイブリッド回路１０３を備える。光受信器２０３の他の部分の構成は、光受信器２００の対応する部分の構成と同様であるので以後の説明を繰り返さない。
【０２１０】
なお、実施の形態１と同じく、αはπ／４＋２ｑ×π（ｑは整数）であってもよく、π／４のみに限定されるものではない。
【０２１１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０２１２】
１，１Ａ，３  ２：２光カプラ、２，２Ａ  ４：４ＭＭＩカプラ、５，１０，１７〜２１，１７Ａ，１８Ａ，２１Ａ，２７  光導波路、６〜９，４３，４４  入力ポート、１１〜１６，４５〜４８  出力ポート、２２，４２  ２：４ＭＭＩカプラ、３１ａ〜３１ｄ  フォトダイオード、３４ａ，３４ｂ  ＡＤ変換回路、３５  デジタル演算回路、５０  ＩｎＰ基板、５１  ＩｎＧａＡｓＰ層、５２  ＩｎＰ層、６０  位相シフタ導波路、１００，１００Ａ，１０１，１０２，１０３  光ハイブリッド回路、２００，２００Ａ，２０１，２０２，２０３  光受信器。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図５】
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【図９】
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