(57)【要約】  波長多重光受信器に関し、片方の偏光成分の過剰損をなくすとともに、受光器の偏波無依存性動作を不要にする。シリコン細線導波路からなる入力導波路を偏波スプリッタを介して偏波ローテータを備えたループ状導波路に接続し、このループ状導波路にアド・ドロップ型リング共振器アレイを構成する出力導波路を備えたリング導波路を光学的に結合させ、出力導波路の両側のポートからの出力光を受光器の第１の受光面及び第２の受光面へ光学的距離が等しくなるよう入射させる。
2014147821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン細線導波路からなる入力導波路と、
前記入力導波路に接続され、前記入力導波路から入力した光を偏波面に応じて第１の信号と第２の信号に分離する偏波スプリッタと、
前記偏波スプリッタの出力端に接続され、前記第１の信号と前記第２の信号が互いに反対回りで伝播するシリコン細線導波路からなるループ状導波路と、
前記ループ状導波路に挿入されて前記第２の信号の偏波面を９０°回転させる偏波ローテータと、
前記ループ状導波路とアドポート側で光学的に結合する互いに異なった光路長のシリコン細線導波路からなる複数のリング導波路と、
前記各リング導波路とドロップポート側で光学的に結合するとともに２つの出力ポートを有するシリコン細線導波路からなる出力導波路と、
前記偏波スプリッタから第１の受光面及び第２の受光面への光学的距離が等しくなるように前記出力導波路に接続された受光器と
を有することを特徴とする波長多重光受信器。
【請求項２】
前記各受光器が、単一の受光部を有し、前記第１の受光面と前記第２の受光面に互いに反対方向から光信号を入力することを特徴とする請求項１に記載の波長多重光受信器。
【請求項３】
前記各受光器が、２つの並列配置された第１の受光部と第２の受光部を有し、前記第１の受光部に設けた前記第１の受光面と、前記第２の受光部に設けた前記第２の受光面に互いに反対方向から光信号を入力することを特徴とする請求項１に記載の波長多重光受信器。
【請求項４】
前記各受光器が、単一の受光部を有し、３ｄＢ光カプラを介して前記出力導波路に接続されるとともに、前記第１の受光面と前記第２の受光面に互いに同じ方向から光信号を入力することを特徴とする請求項１に記載の波長多重光受信器。
【請求項５】
前記受光部が、シリコン細線導波路上に成長した単結晶ゲルマニウムを含むことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の波長多重光受信器。
【請求項６】
前記各出力導波路に、前記偏波スプリッタから第１の受光面及び第２の受光面への光学的距離が等しくなるように遅延線を挿入したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の波長多重光受信器。
【請求項７】
前記各リング導波路に、光路長を調整する加熱手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の波長多重光受信器。
【請求項８】
前記各出力導波路に、光路長を調整する加熱手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の波長多重光受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重光受信器に関するものであり、例えば、光通信や光インターコネクトで用いるシリコン細線導波路を用いた波長多重光受信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量インターコネクトに向けた有望な技術として、シリコンフォトニクスが注目を集め、Ｓｉチップ内で波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）により、光配線１本当りの伝送容量向上が期待されている。【０００３】
Ｓｉチップ内でＷＤＭ光信号を送受信するためには、波長合分波器を用いてＷＤＭ光信号を必要に応じて合波（ＭＵＸ）・分波（ＤｅＭＵＸ）させる必要がある。通常、Ｓｉ細線導波路は、構造的異方性（Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）が非常に大きい。そのため、Ｓｉ細線導波路で構成されるＭＵＸ／ＤｅＭＵＸは、光信号の偏光状態により、その透過特性が著しく異なる。つまり、ＴＥモード或いはＴＭモードのいずれかの偏光状態でのみ正常に動作する。【０００４】
一方、光信号の伝送路においては、その偏光状態が一定に保たれない。よって、Ｓｉ細線型ＤｅＭＵＸと受光器（ＰＤ：ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）で構成される光受信部に入射する光信号の偏光成分はランダムとなり、偏波状態に応じて、受信特性の劣化が避けられない。【０００５】
このような課題を克服するために、Ｓｉ細線導波路を含むＷＤＭ偏波ダイバシティ構成が提案されている、ここで、図１２を参照して従来の波長多重合分波器を説明する。図１２は、従来の波長多重合分波器の概念的平面図であり、シリコン細線導波路よりなる入力導波路７１に入射したＷＤＭ光信号が、シリコン細線導波路からなる方向性結合器型の偏波分離素子（ＰＢＳ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）７２により偏波面が直交するＴＥ光とＴＭ光に分離されてシリコン細線導波路よりなるループ状導波路７３に出力される。ＴＭ光は、ループ状導波路７３中に挿入されたシリコン細線導波路よりなる偏芯二重コア型の偏波回転素子（ＰＲ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｒｏｔａｔｏｒ）７４により偏波面を９０°回転させられてＴＥ＊光として出力される。これに対し、偏波分離素子７２で分離されたＴＥ光は偏波面を保ったままループ状導波路７３中を導波する。【０００６】
ループ状導波路７３中を互いに逆回りに導波するＴＥ光は、互いに異なった光路長を有するアド・ドロップ型リング共振器（ＡＤ−ＭＲＲ：Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ  ＭｉｃｒｏＲｉｎｇ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）７５１，７５２による分波作用により波長ごとに分波される。分波された各ＴＥ光は、偏波回転素子７７１，７７２及び光路長補償導波路７８１，７８２を備えたループ状導波路７６１，７６２に出力される。【０００７】
出力されたＴＥ光の内、図においてループ状導波路７６１，７６２を時計回りに導波するＴＥ＊光は偏波回転素子７７１，７７２により偏波面を９０°回転させられてＴＭ光として出力され偏波合成素子７９１，７９２に入力する。この時、図においてループ状導波路７６１，７６２を半時計回りに導波するＴＥ光は光路長補償導波路７８１，７８２によりＴＭ光とタイミングが合うようにして方向性結合器型の偏波合成素子７９１，７９２に入力して合波（ＭＵＸ）されて、出力導波路８０１，８０２から波長毎に分離されて出力されて受光器（図示は省略）で受光される。【０００８】
この場合、ＡＤ−ＭＲＲに入射するＭＤＷ光は、偏光状態が一定、即ち、ＴＥモード或いはＴＥ＊モードなので、分波（ＤｅＭＵＸ）の特性劣化を防ぐことができる。従って、入射するＷＤＭ光信号の偏光状態の影響を受けずに、ＷＤＭ光信号を合分波することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２４４３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記の波長多重合分波器の場合、両偏波成分を分離して信号処理する際、片方の偏波成分（図１２の場合にはＴＭ光）が大きな過剰損を被るという問題がある。また、受光器を接続して検波する場合、両偏波成分が入射するため受光器の偏波無依存動作が必要不可欠となり、受光器の構造に制限が加わるため受信動作の高効率化が困難である。また、２段目以降において偏波回転素子と偏波合成素子が２つずつ必要となるため、構造が複雑化するという問題もある。【００１１】
したがって、波長多重光受信器において、片方の偏光成分の過剰損をなくすとともに、受光器の偏波無依存性動作を不要にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
開示する一観点からは、シリコン細線導波路からなる入力導波路と、前記入力導波路に接続され、前記入力導波路から入力した光を偏波面に応じて第１の信号と第２の信号に分離する偏波スプリッタと、前記偏波スプリッタの出力端に接続され、前記第１の信号と前記第２の信号が互いに反対側で伝播するシリコン細線導波路からなるループ状導波路と、前記ループ状導波路に挿入されて前記第２の信号の偏波面を９０°回転させる偏波ローテータと、前記ループ状導波路とアドポート側で光学的に結合する互いに異なった光路長のシリコン細線導波路からなる複数のリング導波路と、前記各リング導波路とドロップポート側で光学的に結合するとともに２つの出力ポートを有するシリコン細線導波路からなる出力導波路と、前記偏波スプリッタから第１の受光面及び第２の受光面への光学的距離が等しくなるように前記出力導波路に接続された受光器とを有することを特徴とする波長多重光受信器が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
開示の波長多重光受信器によれば、片方の偏光成分の過剰損をなくすとともに、受光器の偏波無依存性動作を不要にすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の波長多重光受信器の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の波長多重光受信器におけるＳｋｅｗの光路長差依存性の説明図である。
【図３】本発明の実施例１の波長多重光受信器の概念的平面図である。
【図４】本発明の実施例１の波長多重光受信器に用いるフォトダイオードの概念的構成図である。
【図５】本発明の実施例２の波長多重光受信器の概念的平面図である。
【図６】本発明の実施例２の波長多重光受信器に用いるフォトダイオードの概念的構成図である。
【図７】本発明の実施例３の波長多重光受信器の概念的平面図である。
【図８】本発明の実施例３の波長多重光受信器におけるマイクロヒータの説明図である。
【図９】本発明の実施例４の波長多重光受信器の概念的平面図である。
【図１０】３ｄＢ光カプラの光強度分布の説明図である。
【図１１】本発明の実施例５の波長多重光受信器の概念的平面図である。
【図１２】従来の波長多重合分波器の概念的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態の波長多重光受信器を説明する。図１は本発明の実施の形態の波長多重光受信器の説明図であり、図１（ａ）は概念的平面図であり、図１（ｂ）は、光の伝播状態を示す要部拡大図である。シリコン細線導波路からなる入力導波路１１に、入力導波路１１から入力した波長多重光を偏波面に応じて第１の信号と第２の信号に分離する偏波スプリッタ１２が接続される。この偏波スプリッタ１２の出力端に第１の信号と第２の信号が互いに反対回りで伝播するシリコン細線導波路からなるループ状導波路１３が接続され、このループ状導波路１３に偏波ローテータ１４が接続される。なお、偏波スプリッタ１２及び偏波ローテータ１４としては、各種の動作原理に基づく公知の偏波スプリッタ及び偏波ローテータから適宜選択すれば良い。
【００１６】
また、ループ状導波路１３とアド・ドロップ型リング共振器アレイ１７を構成する互いに異なった光路長のシリコン細線導波路からなる複数のリング導波路１５１〜１５４が光学的に結合される。また、この各リング導波路１５１〜１５４のドロップポート側に２つの出力ポートを有するシリコン細線導波路からなる出力導波路１６１〜１６４を光学的に結合させる。このアド・ドロップ型リング共振器アレイが分波器（ＤｅＭＵＸ）となる。なお、ここでは、図示を簡単にするために、リング状導波路は４個にしているが、実際には、ＷＤＭ光の波長帯に応じて４個程以上、即ち、８個や１６個に設定することもできる。
【００１７】
この２つの出力ポートから伸びる各出力導波路１６１〜１６４に対して、偏波スプリッタ１２から第１の受光面及び第２の受光面への光学的距離が等しくなるように受光器（図示は省略）を接続する。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態の波長多重光受信器におけるＳｋｅｗの光路長差依存性の説明図であり、図２（ａ）はシリコン細線導波路の概略的断面図であり、図２（ｂ）はＳｋｅｗ−光路長差特性のシミュレーション結果である。ここでは、図２（ａ）に示すように、幅が４８０ｎｍで高さが２５０ｎｍの矩形のコア層からなるシリコン細線導波路３についてシミュレーションを行った。なお、図における符号１，２，４は、それぞれ、シリコン基板、下部クラッド層となるＳｉＯ２層、上部クラッド層となるＳｉＯ２層である。
【００１９】
受信効率の観点から、第１の受光面及び第２の受光面へ入力される信号同士の時間差（Ｓｋｅｗ）は最低限に抑えることが必要となる。例えば、２５ＧＨｚの変調周波数（１ｂｉｔ≒４０ｐｓ）を想定した際、少なくとも２ｐｓ以下の低Ｓｋｅｗが望まれる。したがって、図２（ｂ）に示すように、光路長差は１４５μｍ以下の範囲でできるかぎり等しくなるようにする必要があるが、現状の作製技術により、容易に達成できる範囲にある。これはたとえ変調周波数が５０ＧＨｚ（１ｂｉｔ≒２０ｐｓ）になっても対応できることを意味する。なお、ここでは、シリコン細線導波路３の分散関係として、群屈折率を４.１と設定している。
【００２０】
図１に示すように、入力導波路１１に入力されたＷＤＭ光信号は、偏波スプリッタ１２により偏波面に応じてＴＭ光信号とＴＥ光信号とに分離されてループ状導波路１３を互いに逆回りに導波する。ＴＭ光信号は偏波ローテータ１４により偏波面が９０°回転したＴＥ＊光信号に変換される。ループ状導波路１３を導波するＴＥ光信号及びＴＥ＊光信号はアド・ドロップ型リング共振器を構成するリング導波路１５１〜１５４によって、波長毎（λ１〜λ４）に分波される。
【００２１】
分波された光信号は、同じ偏光状態のＴＥ光信号或いはＴＥ＊光信号として受光器に入力されるので、受光特性が偏波状態の影響を受けることがなく、したがって、受光器の構造が偏波無依存性の制約を受けることがない。この時、ＴＥ光信号及びＴＥ＊光信号は図１（ｂ）に示すように伝播するので、受光効率を高めるためには、上述のように、偏波スプリッタ１２から第１の受光面及び第２の受光面への光学的距離が等しくなるようにする必要がある。そのためには、出力導波路１６１〜１６４に遅延線を挿入すれば良い。
【００２２】
受光器としては単一の受光部を有する構造とし、互いに対向する第１の受光面と第２の受光面に互いに反対方向から光信号を入力するようにしても良い。或いは、受光器として２つの並列配置された第１の受光部と第２の受光部を有する構造とし、第１の受光部に設けた第１の受光面と、第２の受光部に設けた第２の受光面に互いに反対方向から光信号を入力するようにしても良い。この構成の場合、各偏光成分に対する受光部を独立に最適化できるほか、受光部終端からの洩れ光による劣化も防ぐことができる。即ち、単一の受光部の場合には、受光部で吸収されなかった光成分がアド・ドロップ型リング共振器アレイ１７を介してループ状導波路１３に漏れ出してノイズになる。
【００２３】
或いは、受光器として単一の受光部を有する構造とし、入力ポートと出力ポートが２：２の３ｄＢ光カプラを第１の受光面と第２の受光面に互いに同じ方向から光信号を入力するようにしても良い。３ｄＢ光カプラを用いることにより、ＴＥ光信号とＴＥ＊光信号の相対強度関係によらず、双峰性の強度分布を得ることができ、これにより、受光器内部にて生じるフォトキャリア密度を低減できるので、受光器の低電力化・高速化の両立が可能になる。
【００２４】
また、受光器としては、Ｇｅはシリコン細線導波路を伝播する光に対して吸収率が大きいので、シリコン細線導波路上に成長した単結晶ゲルマニウムを光吸収層とした受光器を用いることが望ましい。
【００２５】
また、各リング導波路１５１〜１５４には、光路長を調整するマイクロヒータ等の加熱手段を設けて、リング導波路１５１〜１５４を透過する波長を微調整するようにしても良い。さらには、各出力導波路１６１〜１６４に光路長を微調整するためにマイクロヒータ等の加熱手段を設けても良い。
【００２６】
このように、本発明の実施の形態の波長多重光受信器においては、図１２に示した従来例のような２段目の偏波ローテータや偏波スプリッタ（偏波合成素子）が不要になるので、過剰損失の発生を抑制することができる。また、受光器に入射する光はＴＥモード光のみで偏光状態が一定であるので、受光器に偏波無依存性動作が不要になる。
【実施例１】
【００２７】
次に、図３及び図４を参照して、本発明の実施例１の波長多重光受信器を説明する。図３は、本発明の実施例１の波長多重光受信器の概念的平面図である。シリコン細線導波路からなる入力導波路２１に、入力導波路２１から入力した波長多重光を偏波面に応じてＴＥ信号光とＴＭ信号光に分離する偏波スプリッタ２２が接続される。この偏波スプリッタ２２の出力端にＴＥ信号光とＴＭ信号光が互いに反対回りで伝播するシリコン細線導波路からなるループ状導波路２３が接続され、このループ状導波路２３に偏波ローテータ２４が接続される。なお、偏波スプリッタ２２は、シリコン細線導波路からなる方向性結合器型の偏波スプリッタであり、また、偏波ローテータ２４は、シリコン細線導波路よりなる偏芯二重コア型の偏波ローテータである。【００２８】
また、ループ状導波路２３とアド・ドロップ型リング共振器アレイを構成する互いに異なった光路長のシリコン細線導波路からなる複数のリング導波路２５１〜２５４が光学的に結合される。また、この各リング導波路２５１〜２５４のドロップポート側に２つの出力ポートを有するシリコン細線導波路からなる出力導波路２６１〜２６４を光学的に結合させる。このアド・ドロップ型リング共振器アレイが分波器（ＤｅＭＵＸ）となる。【００２９】
この場合、リング導波路２５１〜２５４の曲率半径Ｒを適正化して分波波長を制御することができる。例えば、チャネル間隔２００ＧＨｚの４波を実現する場合、それぞれのリング導波路２５１〜２５４におけるＲ１〜Ｒ４の相対関係はＲ１＝８μｍ、Ｒ２＝Ｒ１―δＲ，Ｒ３＝Ｒ２―δＲ，Ｒ４＝Ｒ３―δにすれば良く、δＲは約８ｎｍである。一方、チャネル間隔を変えるためにはδＲを調整すれば良く、例えば、チャネル間隔４００ＧＨｚの４波を実現する場合はδＲ〜１６ｎｍに設定すれば良い。【００３０】
この２つの出力ポートから伸びる各出力導波路２６１〜２６４に対して、偏波スプリッタ２２から第１の受光面及び第２の受光面への光学的距離が等しくなるよう遅延線２７１〜２７４を挿入してフォトダイオード２８１〜２８４を接続する。【００３１】
図４は、本発明の実施例１の波長多重光受信器に用いるフォトダイオードの概念的構成図であり、図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。図４に示すように、Ｓｉ基板３１上に下部クラッド層を兼ねるＳｉＯ２からなるＢＯＸ層３２を介して厚さが２５０ｎｍの単結晶Ｓｉ層を設けたＳＯＩ基板を用いる。【００３２】
単結晶Ｓｉ層を通常のリソグラフィーとエッチングにより光露光プロセスによって図３に示したシリコン細線導波路パターンを形成する。この場合のリソグラフィーは光露光でも電子ビーム露光のいずれでも良く、エッチング法としては、例えば反応性イオンエッチングなどの方法でドライエッチングを用いる。この時、図４（ｂ）に示すようにスラブ部３４の高さが５０ｎｍになるようにエッチングを行って幅が４８０ｎｍで高さが２００ｎｍの単結晶Ｓｉコア層３３を形成する。【００３３】
また、フォトダイオード形成領域においては、ｉ型Ｇｅ光吸収層３５となるノンドープＧｅ層を選択的にエピタキシャル成長させたのち、ｎ型不純物のＰを表面にイオン注入してｎ＋型Ｇｅコンタクト層３６を形成する。一方の単結晶Ｓｉコア層３３の両脇のスラブ部３４にｐ型不純物であるＢをイオン注入してｐ＋型Ｓｉコンタクト層３７を形成する。【００３４】
次いで、ＳｉＯ２膜を全面に堆積させて上部クラッド層３８を形成したのち、ｎ＋型Ｇｅコンタクト層３６に達するＡｌからなるｎ側電極３９とｐ＋型Ｓｉコンタクト層３７に達するＡｌからなるｐ側電極４０を形成することによりフォトダイオードが完成する。【００３５】
本発明の実施例１においては、従来例のように２段目の偏波ローテータ及び偏波合成素子を必要としないので、偏波の変換に伴う損失の発生が抑えられるとともに、構成が簡素化される。また、フォトダイオードにはＴＥ光のみが入射するので偏波無依存動作特性が不要になる。
【実施例２】
【００３６】
次に、図５及び図６を参照して、本発明の実施例２の波長多重光受信器を説明するが、フォトダイオードの構造が異なるだけで、他の構造は上記の実施例１と全く同様であるので、異なった部分のみを説明する。図５は、本発明の実施例２の波長多重光受信器の概念的平面図であり、ここでは、フォトダイオードとして、２つの受光領域が並列に配置されたフォトダイオード２９１〜２９４を用いている。【００３７】
図６は、本発明の実施例２の波長多重光受信器に用いるフォトダイオードの概念的構成図であり、図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。図６に示すように、図４（ｂ）に示したＰＩＮ型のフォトダイオードを２つ並列に設けて、その間のスラブ部３４にＢをイオン注入してｐ＋型Ｓｉコンタクト層３７を形成したものである。【００３８】
この実施例２の波長多重光受信器においては、同一構造のフォトダイオードを二つ並列し、両方のフォトダイオードから流れる電流の和をとるので、各偏光成分に対するフォトダイオードの特性を独立に最適化できる。また、各フォトダイオードの終端からの洩れ出した光は、出力導波路２６１〜２６４を逆回りして、リング共振器を介してループ状導波路２３に侵入することがないので、ノイズの発生を抑制することができる。
【実施例３】
【００３９】
次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施例３の波長多重光受信器を説明するが、リング導波路の上部にマイクロヒータを設けた以外は上記の実施例１と全く同様であるので、異なった部分のみ説明する。図７は、本発明の実施例３の波長多重光受信器の概念的平面図であり、ここでは、各リング導波路２５１〜２５４の上部に実効的に光路長を調整するマイクロヒータ５０１〜５０４を設けたものである。【００４０】
即ち、ＣＭＯＳ作製工程において、アド・ドロップ型リング共振器の透過波長にバラツキが生じる場合があり、その場合には、ＷＤＭ信号を設計通りに分波することができなくなる。そこで、各リング導波路２５１〜２５４の上部にマイクロヒータ５０１〜５０４を設けて、熱により屈折率を変化させて透過波長を制御する。なお、加熱により温度が上昇すると単結晶Ｓｉコア層の屈折率が高くなり、波長が長波長側にシフトする。【００４１】
図８は、実施例３の波長多重光受信器におけるマイクロヒータの説明図であり、図８（ａ）は概略的平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。図に示すように、リング導波路２５となる単結晶Ｓｉコア層３３を覆う上部クラッド層３８の上にＴｉパターン５１を形成する。次いで、全面を再びＳｉＯ２膜からなる保護絶縁膜５２で覆ったのち、Ｔｉパターン５１の端部にＡｌコンタクト電極５３を設けてマイクロヒータ５０とする。【００４２】
このように、本発明の実施例３においては、リング導波路の上にマイクロヒータを設けているので、アド・ドロップ型リング共振器の透過波長を任意に微調整することができ、ＣＭＯＳ作製工程においてバラツキが生じても設計通りの分波が可能になる。
【実施例４】
【００４３】
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の実施例４の波長多重光受信器を説明するが、３ｄＢ光カプラを介して受光する以外は上記の実施例１と全く同様であるので、異なった部分のみ説明する。図９は、本発明の実施例４の波長多重光受信器の概念的平面図であり、ここでは、出力導波路２６１〜２６４の２つの出力ポートからの光を３ｄＢ光カプラ６１１〜６１４を介して、フォトダイオード６２１〜６２４に同じ受光面側から入射する。【００４４】
この場合、フォトダイオード６２１〜６２４に対しては、同方向入力となるため、フォトダイオードの終端からの洩れ光による劣化は生じない。但し同方向入力のため、２つの入力信号間の光干渉作用が生じるので、その事情を図１０を参照して説明する。【００４５】
図１０は３ｄＢ光カプラの光強度分布の説明図であり、図１０（ａ）は２つの入力成分の複素電界表示および３ｄＢ光カプラ・フォトダイオード周辺の概略図であり、図１０（ｂ）は、２つの入力に対する３ｄＢ光カプラでの光強度分布の計算例である。２つの入力成分ＴＥとＴＥ＊はＰを各信号の強度、βを各信号の伝播定数、θを各入力信号の位相、Ｌを偏波スプリッタ２２からの距離とすると、複素電界表表示としてはそれぞれ、（ＰＴＥ）１／２・Ｅｘｐ｛−（ｊβＬ＋θ１）｝及び（ＰＴＥ＊）１／２・Ｅｘｐ｛−（ｊβ＊Ｌ＋θ２）｝で表される。【００４６】
偏波ダイバシティの場合、２つの入力の強度Ｐは互いにランダムとなるが、３ｄＢ光カプラ６１を介して結合させ、信号間の初期位相差Δθ＝θ１−θ２がなければ、相対強度関係によらず、双峰性の強度分布を得ることができる。つまり、これにより、光信号のパワーを分散して受光することができるので、フォトダイオード６２の内部にて生じるフォトキャリア密度を低減でき、フォトダイオード６２の低電力化・高速化の両立が可能になる。【００４７】
但し、図１０（ａ）に示す双峰性ピーク同士の強度バランスは、Δθ＝０であることが大前提である。このΔθはＳｋｅｗにより生じるが、Δθの大きさは、変調周波数（例えば、数十ＧＨｚ）に依存するのではなく、光周波数（〜１９３ＴＨｚ≒５．１ｆｓ）そのものに依存する。したがって、受信効率劣化にさほど影響しない条件、例えば、Δθ＜０．１π・ｒａｄ．を得るためのＳｋｅｗは図１０（ｂ）に示すように〜０．２５ｆｓとなり、高精度のＳｋｅｗ制御が求められる。【００４８】
この３ｄＢ光カプラ６１１〜６１４における光干渉作用はＳｋｅｗに大きく依存する。Ｓｋｅｗの制御はＣＭＯＳ工程のノードに大きく依存し、工程ノードを下げるほど、即ち、配線幅を微細化するほど改善することになる。例えば、ＣＭＯＳ  １３０ｎｍノード工程（ＣＭＯＳ  ６５ｎｍ工程）ならば、光路長Ｌ〜７５０μｍ（Ｌ＞２０００μｍ）の範囲で、図９に示す導波路パターンを形成すれば０．２５ｆｓのＳｋｅｗを十分実現することができる。【００４９】
本発明の実施例４においては、３ｄＢ光カプラを介してフォトダイオードに同じ方向から入力しているので、漏れ出し光によるノイズが発生することがない。
【実施例５】
【００５０】
次に、図１１を参照して、本発明の実施例５の波長多重光受信器を説明するが、出力導波路の光路長を微調整するマイクロヒータを設けた以外は、上記の実施例４の構成と全く同じであるので、異なった部分のみ説明する。図１１は本発明の実施例５の波長多重光受信器の概念的平面図であり、ここでは、出力導波路２６１〜２６４の一部領域の上にマイクロヒータ６３１〜６３４を設けたものである。この場合のマイクロヒータ６３１〜６３４は、図８に示したマイクロヒータと同様に、Ｔｉパターンで形成してその端部にＡｌコンタクトを設ければ良い。【００５１】
即ち、ＣＭＯＳ作製工程におけるバラツキで、Ｓｋｅｗが所定値内に収まらない場合が生ずることがあるが、その場合には、図に示すようにマイクロヒータ６３１〜６３４により位相制御を行えば、容易にＳＫｅｗを調整することができる。【００５２】
以上、各実施例を説明してきたが、各実施例に記載した構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。例えば、実施例２、実施例４及び実施例５においても、実施例３と同様に、リング導波路上にマイクロヒータを設けても良い。また、実施例５においては、マイクロヒータを一方の出力ポート側の導波路上にしか設けていないが、両方の出力ポート側の導波路上に設けても良い。
【符号の説明】
【００５３】
１  シリコン基板
２  ＳｉＯ２層
３  シリコン細線導波路
４  ＳｉＯ２層
１１，２１  入力導波路
１２，２２  偏波スプリッタ
１３，２３  ループ状導波路
１４，２４  偏波ローテータ
１５１〜１５４，２５１〜２５４  リング導波路
１６１〜１６４，２６１〜２６４  出力導波路
１７  アド・ドロップ型リング共振器アレイ
２７１〜２７４  遅延線
２８１〜２８４，２９１〜２９４  フォトダイオード
３１  Ｓｉ基板
３２  ＢＯＸ層
３３  単結晶Ｓｉコア層
３４  スラブ部
３５  ｉ型Ｇｅ光吸収層
３６  ｎ＋型Ｇｅコンタクト層
３７  ｐ＋型Ｓｉコンタクト層
３８  上部クラッド層
３９  ｎ側電極
４０  ｐ側電極
５０，５０１〜５０４  マイクロヒータ
５１  Ｔｉパターン
５２  保護絶縁膜
５３  Ａｌコンタクト電極
６１，６１１〜６１４  ３ｄＢ光カプラ
６２，６２１〜６２４  フォトダイオード
６３１〜６３４  マイクロヒータ
７１  入力導波路
７２  偏波分離素子
７３  ループ状導波路
７４  偏波回転素子
７５１，７５２  アド・ドロップ型リング共振器
７６１，７６２  ループ状導波路
７７１，７７２  偏波回転素子
７８１，７８２  光路長補償導波路
７９１，７９２  偏波合成素子
８０１，８０２  出力導波路
【図１】
2014147821.tif 000003
【図２】
2014147821.tif 000004
【図３】
2014147821.tif 000005
【図４】
2014147821.tif 000006
【図５】
2014147821.tif 000007
【図６】
2014147821.tif 000008
【図７】
2014147821.tif 000009
【図８】
2014147821.tif 000010
【図９】
2014147821.tif 000011
【図１０】
2014147821.tif 000012
【図１１】
2014147821.tif 000013
【図１２】
2014147821.tif 000014
【国際調査報告】
2014147821.tif 000015
2014147821.tif 000016