(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成された光導波路素子とを備え、
前記光導波路素子は、
信号光を第１の信号光伝搬用導波路および第２の信号光伝搬用導波路に分岐して伝搬させる第１の光分岐部と、
局発光を第１の局発光伝搬用導波路および第２の局発光伝搬用導波路に分岐して伝搬させる第２の光分岐部と、
前記第１の信号光伝搬用導波路を伝搬する信号光と前記第１の局発光伝搬用導波路を伝搬する局発光とを合波して、互いに干渉させる第１の光合波部と、
前記第２の信号光伝搬用導波路を伝搬する信号光と前記第２の局発光伝搬用導波路を伝搬する局発光とを合波して、互いに干渉させる第２の光合波部と、
前記第１の光合波部の出力光を受光する１または２以上の第１の受光部と、
前記第２の光合波部の出力光を受光する１または２以上の第２の受光部と、
前記第１の局発光伝搬用導波路および前記第２の局発光伝搬用導波路のいずれか一方または両方に設けられた位相調整部と、
前記第１の光分岐部の前段に設けられた偏波分離回路と、
を有し、
前記第２の光分岐部における前記局発光の伝搬方向が、前記第１の光分岐部における前記信号光の伝搬方向に対向するように、前記第１の光分岐部および前記第２の光分岐部が配置され、
前記第２の光合波部における前記出力光の伝搬方向が、前記第１の光合波部における前記出力光の伝搬方向と揃うように、前記第１の光合波部および前記第２の光合波部が配置され、
前記第１の信号光伝搬用導波路、前記第２の信号光伝搬用導波路、前記第１の局発光伝搬用導波路および前記第２の局発光伝搬用導波路を含む、前記光導波路素子において前記信号光および前記局発光のいずれか一方または両方が伝搬されるすべての導波路が、前記基板に対する平面視で互いに重ならないように配置されていることを特徴とする光受信回路。
【請求項２】
前記第１の局発光伝搬用導波路は、前記第１の光合波部の側方を経由した後、１８０度曲がり部を介して前記第１の光合波部に接続され、
前記第２の局発光伝搬用導波路は、前記第２の光合波部の側方を経由した後、１８０度曲がり部を介して前記第２の光合波部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光受信回路。
【請求項３】
前記第２の光分岐部は、前記第１の受光部および前記第２の受光部に対して、前記第１の光合波部および前記第２の光合波部と反対側に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光受信回路。
【請求項４】
前記光導波路素子の上には、前記第１の受光部および前記第２の受光部の各々から出力される電気信号を伝搬する電極を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光受信回路。
【請求項５】
前記光導波路素子に含まれる導波路および光分岐部の一部は、前記電極の下方を通過することを特徴とする請求項４に記載の光受信回路。
【請求項６】
前記偏波分離回路は、入射された偏波多重光から基本次のＴＥ偏波およびＴＭ偏波を分離する偏波分離部と、前記ＴＭ偏波をＴＥ偏波に回転させる偏波回転部とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光受信回路。
【請求項７】
前記偏波分離回路は、入射された偏波多重光のうち基本次のＴＭ偏波を高次ＴＥ偏波に変換する偏波回転部と、基本次のＴＥ偏波および高次ＴＥ偏波を分離する偏波分離部とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光受信回路。
【請求項８】
前記光導波路素子は、
前記第１の光分岐部と、前記第２の光分岐部と、前記第１の光合波部と、前記第２の光合波部と、前記第１の受光部と、前記第２の受光部と、前記位相調整部とを含んで構成される処理部を２組と、
前記偏波分離回路により分離された２つの偏波を各々異なる前記処理部に伝搬させる、前記第１の光分岐部に接続された第１の接続導波路と、
前記局発光を各々異なる前記処理部に伝搬させる、前記第２の光分岐部に接続された第２の接続導波路と、
前記信号光が前記光導波路素子に入射する位置から前記偏波分離回路まで、前記信号光を伝搬させる信号光入射用導波路と、
前記局発光が前記光導波路素子に入射する位置から、前記局発光を伝搬させる局発光入射用導波路と、
前記局発光入射用導波路を伝搬する局発光を２つの前記第２の接続導波路に分岐して伝搬させる光分岐部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光受信回路。
【請求項９】
前記光導波路素子は、シリコンからなるコアとシリカからなるクラッドを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光受信回路。
【請求項１０】
前記局発光を伝搬する導波路は、前記局発光が前記光導波路素子に入射する位置から最初の光分岐部に接続されるまでの間に、１または２箇所の９０度曲がり部を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光受信回路。
【請求項１１】
連続した入射光に対し、連続した局発光に周波数シフトを印加し、両者の干渉によりヘテロダインビートを発生させ、前記第１の受光部から出力される出力電気信号または前記第２の受光部から出力される出力電気信号のうち、いずれか一方の出力電気信号を参照信号とし、前記参照信号とは異なる方の出力電気信号を入力信号として、ヘテロダインビートの位相を検出する手段を有し、前記位相をπ／２に保持することにより、前記第１の光合波部に入射する局発光と前記第２の光合波部に入射する局発光との間の位相差をπ／２に調整することが可能であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光受信回路。
【請求項１２】
前記第１の光合波部に入射する局発光と前記第２の光合波部に入射する局発光との間の位相差をπ／２に調整する際に前記位相調整部に印加される電流または電圧の設定値を記録したメモリが搭載された制御基板と接続されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光受信回路。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光受信回路の調整方法であって、
連続した入射光に対し、連続した局発光に周波数シフトを印加し、両者の干渉によりヘテロダインビートを発生させ、前記第１の受光部から出力される出力電気信号または前記第２の受光部から出力される出力電気信号のうち、いずれか一方の出力電気信号を参照信号とし、前記参照信号とは異なる方の出力電気信号を入力信号として、ヘテロダインビートの位相を検出する手段を光受信回路に設け、前記位相をπ／２に保持することにより、前記第１の光合波部に入射する局発光と前記第２の光合波部に入射する局発光との間の位相差をπ／２に調整することを特徴とする光受信回路の調整方法。
【請求項１４】
前記第１の光合波部に入射する局発光と前記第２の光合波部に入射する局発光との間の位相差をπ／２に調整する際に前記位相調整部に印加される電流または電圧の設定値をメモリに記録することを特徴とする請求項１３に記載の光受信回路の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大容量かつ高速でデータ伝送を行う光ファイバ通信において、コヒーレント受信を可能する光受信回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信において、大容量かつ高速でデータ伝送を可能とする技術として、デジタルコヒーレント通信がある。デジタルコヒーレント通信では、コヒーレント受信を行うための光受信回路が必要である。非特許文献１には、信号光が伝搬する導波路と局発光が伝搬する導波路とが入力導波路側で交わる交差部を有する構成の９０度ハイブリッド回路が開示されている。この９０度ハイブリッド回路は、コヒーレント受信において、直交する位相成分を有する直交位相偏移変調（ＱＰＳＫ）フォーマットの光信号を検出する。
【０００３】
デジタルコヒーレント通信では、ＱＰＳＫ信号は直交する偏波状態に多重化されるため、偏波分離を行う光回路が必要とされる。非特許文献１には、互いに直交する２つの偏波状態の各々が入力される２つの９０度ハイブリッド回路と同一基板上に、偏波分離を行う光回路が集積された光回路が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】橋本俊和、坂巻陽平、山崎裕史、水野隆之、郷隆司、那須悠介、服部邦典、高橋浩、“平面光波回路を用いた偏波多重光ハイブリッドモジュール”、２００９年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、Ｃ−３−３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
導波路の交差部では、信号光と局発光とが混合し、コヒーレント受信の品質が劣化するという問題がある。さらに、交差部では偏波が回転するため、偏波間のクロストークによる受信エラーが発生すると同時に、非干渉成分が発生してコヒーレント受信における受信信号の振幅が低下して、ノイズ耐性が劣化するという問題がある。
【０００６】
以上より、従来技術では、線幅が狭く、単一モードの外部局発光光源を用いて高品質のコヒーレント光受信を行うには、直交位相成分を検出するための光ハイブリッド回路を各位相成分ごとに分離する必要がある。この場合、偏波分離回路も光ハイブリッド回路から分離した光回路として構成されるため、光受信回路を小型化することができない。その結果、光伝送装置の寸法を低減することは困難であり、コストの低減も困難である。
【０００７】
本発明の目的は、これらの問題を解消するため、交差導波路を用いることなく、光ハイブリッド回路が（さらには偏波分離回路と光ハイブリッド回路とが）同一基板上に集積された光受信回路を実現し、高品質のコヒーレント光受信を可能にする小型の光受信回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板と、前記基板上に形成された光導波路素子とを備え、前記光導波路素子は、信号光を第１の信号光伝搬用導波路および第２の信号光伝搬用導波路に分岐して伝搬させる第１の光分岐部と、局発光を第１の局発光伝搬用導波路および第２の局発光伝搬用導波路に分岐して伝搬させる第２の光分岐部と、前記第１の信号光伝搬用導波路を伝搬する信号光と前記第１の局発光伝搬用導波路を伝搬する局発光とを合波して、互いに干渉させる第１の光合波部と、前記第２の信号光伝搬用導波路を伝搬する信号光と前記第２の局発光伝搬用導波路を伝搬する局発光とを合波して、互いに干渉させる第２の光合波部と、前記第１の光合波部の出力光を受光する１または２以上の第１の受光部と、前記第２の光合波部の出力光を受光する１または２以上の第２の受光部と、前記第１の局発光伝搬用導波路および前記第２の局発光伝搬用導波路のいずれか一方または両方に設けられた位相調整部と、を有し、前記第２の光分岐部における前記局発光の伝搬方向が、前記第１の光分岐部における前記信号光の伝搬方向に対向するように、前記第１の光分岐部および前記第２の光分岐部が配置され、前記第２の光合波部における前記出力光の伝搬方向が、前記第１の光合波部における前記出力光の伝搬方向と揃うように、前記第１の光合波部および前記第２の光合波部が配置され、前記第１の信号光伝搬用導波路、前記第２の信号光伝搬用導波路、前記第１の局発光伝搬用導波路および前記第２の局発光伝搬用導波路を含む、前記光導波路素子において前記信号光および前記局発光のいずれか一方または両方が伝搬されるすべての導波路が、前記基板に対する平面視で互いに重ならないように配置されていることを特徴とする光受信回路を提供する。
【０００９】
前記光受信回路において、前記第１の局発光伝搬用導波路は、前記第１の光合波部の側方を経由した後、１８０度曲がり部を介して前記第１の光合波部に接続され、前記第２の局発光伝搬用導波路は、前記第２の光合波部の側方を経由した後、１８０度曲がり部を介して前記第２の光合波部に接続されていることが好ましい。
【００１０】
前記光受信回路において、前記第２の光分岐部は、前記第１の受光部および前記第２の受光部に対して、前記第１の光合波部および前記第２の光合波部と反対側に設けられていることが好ましい。
【００１１】
前記光受信回路において、前記光導波路素子の上には、前記第１の受光部および前記第２の受光部の各々から出力される電気信号を伝搬する電極を有することが好ましい。
【００１２】
前記光受信回路において、前記光導波路素子に含まれる導波路および光分岐部の一部は、前記電極の下方を通過することが好ましい。
【００１３】
前記光受信回路において、前記光導波路素子は、前記第１の光分岐部の前段に偏波分離回路を有することが好ましい。
【００１４】
前記光受信回路において、前記偏波分離回路は、入射された偏波多重光から基本次のＴＥ偏波およびＴＭ偏波を分離する偏波分離部と、前記ＴＭ偏波をＴＥ偏波に回転させる偏波回転部とを有することが好ましい。
【００１５】
前記光受信回路において、前記偏波分離回路は、入射された偏波多重光のうち基本次のＴＭ偏波を高次ＴＥ偏波に変換する偏波回転部と、基本次のＴＥ偏波および高次ＴＥ偏波を分離する偏波分離部とを有することが好ましい。
【００１６】
前記光受信回路において、前記光導波路素子は、前記第１の光分岐部と、前記第２の光分岐部と、前記第１の光合波部と、前記第２の光合波部と、前記第１の受光部と、前記第２の受光部と、前記位相調整部とを含んで構成される処理部を２組と、前記偏波分離回路により分離された２つの偏波を各々異なる前記処理部に伝搬させる、前記第１の光分岐部に接続された第１の接続導波路と、前記局発光を各々異なる前記処理部に伝搬させる、前記第２の光分岐部に接続された第２の接続導波路と、前記信号光が前記光導波路素子に入射する位置から前記偏波分離回路まで、前記信号光を伝搬させる信号光入射用導波路と、前記局発光が前記光導波路素子に入射する位置から、前記局発光を伝搬させる局発光入射用導波路と、前記局発光入射用導波路を伝搬する局発光を２つの前記第２の接続導波路に分岐して伝搬させる光分岐部と、備えることが好ましい。
【００１７】
前記光受信回路において、前記光導波路素子は、シリコンからなるコアとシリカからなるクラッドを有することが好ましい。
【００１８】
前記光受信回路において、前記局発光を伝搬する導波路は、前記局発光が前記光導波路素子に入射する位置から最初の光分岐部に接続されるまでの間に、１または２箇所の９０度曲がり部を有することが好ましい。
【００１９】
前記光受信回路において、連続した入射光に対し、連続した局発光に周波数シフトを印加し、両者の干渉によりヘテロダインビートを発生させ、前記第１の受光部から出力される出力電気信号または前記第２の受光部から出力される出力電気信号のうち、いずれか一方の出力電気信号を参照信号とし、前記参照信号とは異なる方の出力電気信号を入力信号として、ヘテロダインビートの位相を検出する手段を有し、前記位相をπ／２に保持することにより、前記第１の光合波部に入射する局発光と前記第２の光合波部に入射する局発光との間の位相差をπ／２に調整することが可能であることが好ましい。
【００２０】
前記光受信回路において、前記第１の光合波部に入射する局発光と前記第２の光合波部に入射する局発光との間の位相差をπ／２に調整する際に前記位相調整部に印加される電流または電圧の設定値を記録したメモリが搭載された制御基板と接続されたことが好ましい。
【００２１】
また、本発明は、前記光受信回路の調整方法であって、連続した入射光に対し、連続した局発光に周波数シフトを印加し、両者の干渉によりヘテロダインビートを発生させ、前記第１の受光部から出力される出力電気信号または前記第２の受光部から出力される出力電気信号のうち、いずれか一方の出力電気信号を参照信号とし、前記参照信号とは異なる方の出力電気信号を入力信号として、ヘテロダインビートの位相を検出する手段を光受信回路に設け、前記位相をπ／２に保持することにより、前記第１の光合波部に入射する局発光と前記第２の光合波部に入射する局発光との間の位相差をπ／２に調整することを特徴とする光受信回路の調整方法を提供する。
【００２２】
前記光受信回路の調整方法において、前記第１の光合波部に入射する局発光と前記第２の光合波部に入射する局発光との間の位相差をπ／２に調整する際に前記位相調整部に印加される電流または電圧の設定値をメモリに記録することが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光受信回路によれば、交差導波路を用いることなく、光ハイブリッド回路を同一基板上に集積することにより、高品質のコヒーレント光受信を可能にすることができる。さらに、偏波分離回路と光ハイブリッド回路とを同一基板上に集積することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】光受信回路における光導波路素子の構成を例示する平面模式図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、偏波分離回路を例示する構成模式図である。
【図３】光受信回路における高周波電極およびボンディング電極の構成を例示する平面模式図である。
【図４】（ａ）は図３のＰ−Ｐ′線に沿う断面図、（ｂ）は図３のＱ−Ｑ′線に沿う断面図である。
【図５】図３のＲ−Ｒ′線に沿う断面図である。
【図６】位相差の調整方法に用いる構成を例示する平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、好適な実施形態に基づいて、本発明を説明する。
光受信回路において、信号光が伝搬する導波路および局発光が伝搬する導波路は、各々１つの入射導波路から複数の導波路に分岐する。このように分岐する導波路が交差部を有しない構成とするためには、信号光が伝搬する導波路と局発光が伝搬する導波路とは、受光部に関して互いに反対側を経由させる必要がある。受光部から出力される電気信号を取り出す際、損失および波形劣化を抑制するためには、チップ上から外に出力を取り出すための電極（例えばワイヤボンディング用の電極パッド）は、チップ端に隣接して設けることが好ましい。そして、受光部と電極パッドとの間は、金属電極で接続される。したがって、当該導波路は金属電極の下を通過することがあり得る。
【００２６】
本実施形態の光受信回路は、基板上に形成された光導波路素子から構成される。光導波路素子に使用される導波路は、導波路のコアがシリコン（Ｓｉ）、導波路のクラッドがシリカ（ＳｉＯ２）からなるシリコン導波路であることが好ましい。シリコン導波路は、高屈折率差導波路である。高屈折率差導波路では伝搬光がコアに強く閉じ込められる。このため、金属電極からコアまでの距離（深さ）が１μｍ以上であれば、金属電極の影響は無視（実用可能な程度に抑制）でき、金属電極中の伝導電子による伝搬光の吸収は無視できる。
【００２７】
基板型光導波路素子は、ウエファ上に光導波路を形成したのち、ウエファから多数のチップを切り出すことにより生産性良く製造することができる。ウエファからチップを切り出す際の衝撃やチップ端からのひずみの影響を回避するため、導波路のコアはチップ端から５０μｍ以上離しておくことが好ましい。また、ワイヤボンディングの際、ワイヤを金属バッドに接合するため、半田を溶融させる工程がある。この際、超音波または熱の衝撃による導波路の損傷を回避するため、導波路のコアは、ワイヤボンディング用の電極パッドの直下を避けて配置することが好ましい。
【００２８】
コアの高さが２００ｎｍ程度のシリコン導波路では、電界が基板面に平行な直線偏波状態である横電界（ＴＥ）偏波の光が安定に伝搬する。磁界が基板面に平行な直線偏波状態である横磁界（ＴＭ）偏波は、ＴＥ偏波よりも損失が大きくなる傾向がある。よって、偏波分離のための光回路（偏波分離回路）の一態様として、偏波分離用の導波路分岐部（偏波分離部）の後方の二つの導波路のうち、ＴＭ偏波の光が伝搬する導波路に偏波回転導波路（偏波回転部）を接続し、ＴＭ偏波をＴＥ偏波に回転させる構成が挙げられる。このような偏波分離回路は、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波を分離して二つの導波路に伝搬させる偏波分離部と、分離されたＴＭ偏波をＴＥ偏波に回転させる偏波回転部とを含む。偏波回転により、偏波分離回路から出力される信号光は、二つともＴＥ偏波になる。このため、分離後の９０度ハイブリッド回路は二つともＴＥ偏波に対して機能するよう設計することができる。これにより、各々の９０度ハイブリッド回路に共通の構成を適用できるため、従来技術（ＴＭ偏波のまま処理する場合）と比較して設計は簡便になる。
【００２９】
コンパクト且つプラガブルな光トランシーバに光受信回路を内蔵するためには、信号光および局発光が光受信回路に入力される光入力端と、光受信回路から電気信号を取り出す出力パッドとは、各々チップの反対側に配置することが好ましい。異なる偏波間での出力電気信号のスキューを低減するため、異なる偏波間での光信号および電気信号の伝搬時間差を解消するように導波路を配置することが好ましい。前述のように偏波回転をした場合、異なる偏波が分離された後の光信号に対しては、ＴＥ偏波のみの特性が関与する。このため、伝搬時間差は導波路配置のみに依存するので、容易に伝搬時間差を見積もることができる。
【００３０】
光受信回路に入力される光を光ファイバで伝搬させる場合、光トランシーバのパッケージには、光受信回路チップと光ファイバとの接続部を収容する高さが求められる。パッケージの高さを低減するためには、光受信回路チップの端面から基板面に平行に光（信号光および局発光の各々）を入力するよう、光ファイバを設置することが好ましい。光入力端と電気信号の出力パッドを各々光受信回路チップの反対側に設けるためには、信号光を入力する光入力端および局発光を入力する光入力端は、チップの同一の端面に配置することが好ましい。
【００３１】
本実施形態の光受信回路において、光ハイブリッド回路は少なくとも次の要素を含む。
（１）信号光を第１の信号光伝搬用導波路および第２の信号光伝搬用導波路に分岐して伝搬させる第１の光分岐部。
（２）局発光を第１の局発光伝搬用導波路および第２の局発光伝搬用導波路に分岐して伝搬させる第２の光分岐部。
（３）第１の信号光伝搬用導波路を伝搬する信号光と第１の局発光伝搬用導波路を伝搬する局発光とを合波して、互いに干渉させる第１の光合波部。
（４）第２の信号光伝搬用導波路を伝搬する信号光と第２の局発光伝搬用導波路を伝搬する局発光とを合波して、互いに干渉させる第２の光合波部。
（５）第１の局発光伝搬用導波路および第２の局発光伝搬用導波路のいずれか一方または両方に設けられた位相調整部。
【００３２】
この光ハイブリッド回路によれば、位相調整部において二つの局発光伝搬用導波路に分岐して伝搬される局発光に所定の位相差（例えば９０度＝π／２ラジアン）を与えることができる。さらに、信号光と局発光とを光合波器で干渉させることにより、干渉光を出力することができる。各々の光合波部は、一般に差動信号として二つの干渉光を出力する。
【００３３】
光合波部から出力される干渉光を受光するため、受光部が設けられる。受光部は、例えば受光器、光電変換素子等である。受光部は、光信号を電気信号に変換して出力する。受光部から出力される電気信号を伝搬する電極は、光導波路素子の上に設けることができる。このため、光導波路素子に含まれる導波路および光分岐部の一部は、電気信号を伝搬する電極の下方を通過することがある。
【００３４】
光導波路素子において、導波路が交差部を有しない構成とするためには、次の要件を満たすことが好ましい。
（Ａ）第２の光分岐部における局発光の伝搬方向が、第１の光分岐部における信号光の伝搬方向に対向するように、第１の光分岐部および第２の光分岐部が配置される。
（Ｂ）第２の光合波部における出力光の伝搬方向が、第１の光合波部における出力光の伝搬方向と揃うように、第１の光合波部および第２の光合波部が配置される。
【００３５】
（Ａ）の要件を満たすことにより、第１の光分岐部から二つの信号光伝搬用導波路が分岐する方向と、第２の光分岐部から二つの局発光伝搬用導波路が分岐する方向とが、互いに反対になる。すると、二つの信号光伝搬用導波路の間隔が離れた領域に、局発光伝搬用導波路を配置することができる。したがって、導波路を交差させることなく、局発光伝搬用導波路の出射端を、信号光伝搬用導波路の出射端に近づけることができる。
【００３６】
（Ｂ）の要件を満たすことにより、光合波器に対して、信号光伝搬用導波路と局発光伝搬用導波路とを同じ側にある入射端から入射させることができる。また、光合波器において、入射端とは反対側に出射端を設け、出射端に受光部を接続することができる。したがって、例えば２×２分岐の光干渉計を用いて干渉光を生成することができる。
【００３７】
交差部を有しない導波路は、少なくとも、第１の信号光伝搬用導波路、第２の信号光伝搬用導波路、第１の局発光伝搬用導波路および第２の局発光伝搬用導波路である。これらの導波路を含む、光導波路素子において信号光および局発光のいずれか一方または両方が伝搬されるすべての導波路が、基板に対する平面視で互いに重ならないように配置されることが好ましい。
【００３８】
（Ａ）および（Ｂ）の要件を満たすように信号光伝搬用導波路および局発光伝搬用導波路を配置するためには、伝搬方向が信号光伝搬用導波路と揃うように局発光伝搬用導波路を１８０度程度曲げる構成、伝搬方向が局発光伝搬用導波路と揃うように信号光伝搬用導波路を１８０度程度曲げる構成、信号光伝搬用導波路および局発光伝搬用導波路を各々９０度程度、あるいは他の角度だけ曲げる構成等が挙げられる。信号光の損失を抑制するためには、信号光の伝搬方向の変化はなるべく小さくして、局発光の伝搬方向を大きく変化させることが好ましい。例えば、局発光伝搬用導波路が光合波部の側方を経由した後、１８０度曲がり部を介して当該光合波部に接続される構造が挙げられる。
【００３９】
局発光が伝搬する光分岐部（第２の光分岐部）は、各々の受光部に対して、各々の光合波部とは反対側に設けられていることが好ましい。つまり、光合波部の入射端に対する光の伝搬方向に沿う方向において、受光部が各々の光合波部と第２の光分岐部との間に配置されることが好ましい。これにより、第２の光分岐部は、光合波部の出射端と受光部とを接続する接続導波路の長さに比べて、第２の光分岐部と光合波部との距離が長くなるように短く配置される。一つの光合波部が二つの局発光伝搬用導波路の間に配置される場合にも、これらの囲む内側に、当該光合波部と接続される受光部を容易に配置することができる。例えば図１（詳しくは後述する。）において、光分岐部１２１と光合波部１０９の間に受光部１１０および１１１が配置されている。光分岐部１２１から延びる二つの接続導波路１４１および１４２は、光合波部１０９と受光部１１０および１１１の領域を避けるように迂回して配置される。
【００４０】
信号光の二つの偏波成分に信号を多重化した場合、上述の光ハイブリッド回路および受光部を含んで構成される処理部（例えば図１の符号１５０，１５１）が、偏波成分の各々に対して用意される。処理部は、第１の光分岐部と、第２の光分岐部と、第１の光合波部と、第２の光合波部と、第１の受光部と、第２の受光部と、位相調整部とを含む。信号光に含まれる二つの偏波成分は、各々の光ハイブリッド回路に入射される前に、偏波分離回路により分離される。
【００４１】
以下、本発明の実施例を記載する。本発明のすべての実施例における光導波路は、位相調整部、受光部および金属電極部分を除いて、結晶性シリコン（Ｓｉ）をコア材料とし、シリカ（ＳｉＯ２）をクラッド材料とする高屈折率差導波路に基づいて構成されている。ただし、コア材料およびクラッド材料はこれらに限らず、他の半導体材料、あるいは絶縁体材料を用いてコアおよびクラッドからなる高屈折率差導波路を用いて光位相変調器を構成することにより、本発明の目的を達成することができる。
【００４２】
光導波路素子の基板は、結晶性シリコン（Ｓｉ）であってもよい。シリコン導波路を有する基板は、Ｓｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉの三層からなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板をもとに形成することができる。中間のＳｉＯ２層から下部クラッドを形成し、上部のＳｉ層からコアを形成することができる。
【００４３】
〔実施例１〕
光受信回路１０１について図１〜図５を用いて説明する。図１に光受信回路１０１を構成する導波路の単一水平面上での模式的構成を示す。
【００４４】
信号光は入射光として入射導波路１２６の一端（入射端）から入射される。入射導波路１２６の他端（出射端）は偏波分離回路１０２の入射端に接続される。偏波分離回路１０２は二つの出射端を有する。これらの出射端には、接続導波路１２７および１２８各々の一端が接続される。
【００４５】
偏波分離回路１０２は、図２（ａ）および図２（ｂ）のように、二通りの構成がある。図２（ａ）の構成では、偏波分離回路１０２は、偏波分離部２０１および偏波回転部２０２を含む。偏波分離回路１０２の入射端は偏波分離部２０１の入射端である。偏波分離部２０１の二つの出射端には接続導波路１２７および２００各々の一端（入射端）が接続される。偏波回転部２０２は偏波分離部２０１の後段に設けられ、偏波回転部２０２の入射端は接続導波路２００の他端（出射端）に接続される。偏波分離回路１０２の出射端の一つは、偏波分離部２０１の二つの出射端のうち、接続導波路１２７に接続された出射端である。偏波分離回路１０２の出射端の他の一つは、偏波回転部２０２の出射端である。ここで、偏波分離部２０１と偏波回転部２０２との間を接続する接続導波路２００を接続導波路１２８の一部と考えれば、接続導波路１２８中に偏波回転部２０２が挿入されると理解することもできる。
【００４６】
図２（ｂ）の構成では、偏波分離回路１０２は、偏波回転部２０３および偏波分離部２０４を含む。偏波回転部２０３は偏波分離部２０４の前段に挿入される。偏波分離回路１０２の入射端は偏波回転部２０３の入射端である。偏波回転部２０３の出射端は接続導波路２０５の一端（入射端）に接続され、接続導波路２０５の他端（出射端）は偏波分離部２０４の入射端に接続される。ここで、偏波回転部２０３および偏波分離部２０４との間を接続する接続導波路２０５を入射導波路１２６の一部と考えれば、入射導波路１２６中に偏波回転部２０３が挿入されると理解することもできる。偏波分離部２０４の二つの出射端には接続導波路１２７および１２８各々の一端（入射端）が接続される。偏波分離回路１０２の二つの出射端は、偏波分離部２０４の二つの出射端である。
【００４７】
各々の偏波分離回路１０２の構成において、入射光のＴＥ偏波成分がＴＥ偏波の導波光として接続導波路１２７の一端（入射端）が接続された出射端より出射される。入射光のＴＭ偏波成分は、ＴＥ偏波成分に変換され、ＴＥ偏波の導波光として接続導波路１２８の一端が接続された出射端より出射される。ＴＥ偏波とは、電界が基板（図４（ｂ）の符号４０１参照）の上平面と平行である直線偏波状態を指し、ＴＭ偏波とは、磁界が基板の上平面と平行である直線偏波状態を指す。以下の説明では、基板の上平面と平行である方向を水平方向と定義し、基板の上平面と直交する方向を垂直方向と定義する。幅は水平方向で計測され、高さは垂直方向で計測される。図１〜図３は紙面が水平方向となるように作成されている。
【００４８】
図２（ａ）の構成では、偏波分離部２０１には、例えば、参考文献１（ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．１７，ｎｏ．１，ｐｐ．１００−１０２，２００５）に開示されている、リブ導波路で構成された方向性結合器を用いることができる。寸法の一例として、リブ導波路のコア頂上部の幅は５００ｎｍ、コア底面からコア頂上部までの高さは２２０ｎｍ、導波路間の間隙（ギャップ）は３００ｎｍ、方向性結合器の結合長は３００μｍとする例が挙げられる。偏波回転部２０２には、非対称リブ導波路を用いることができる（例えば未公開の特願２０１３−１３５４９２参照）。偏波回転部２０２の入射端に入射されたＴＭ偏波の導波光は、９０度偏波が回転し、ＴＥ偏波の導波光に変換され、偏波回転部２０２の出射端より出射される。
【００４９】
図２（ｂ）の構成では、例えば、高次の導波光が伝搬するリブ導波路を用いて偏波回転部２０３を構成することができる。高次の導波光が伝搬するリブ導波路では、垂直方向の導波路コア断面の非対称性により、入射光のＴＭ偏波成分が高次のＴＥ偏波成分の導波光へと変換される。入射光のＴＥ偏波成分は変換を受けることなく基本次のＴＥ偏波成分の導波光となる。非対称リブ導波路方向性結合器を用いた偏波分離部２０４を通すと、基本次のＴＥ偏波の導波光と高次のＴＥ偏波の導波光とは分離される。さらに、分離後の導波路において、高次のＴＥ偏波を基本次のＴＥ偏波として伝搬させることができる（未公開の特願２０１３−１３５４９０参照）。
【００５０】
以上の偏波分離回路１０２によれば、入射導波路を伝搬する入射光が、基本次のＴＥ偏波成分と基本次のＴＭ偏波成分を含む場合に、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分とを分離することができる。さらに、各々の成分を、偏波分離回路１０２の二つの出射端から基本次のＴＥ偏波の導波光として、異なる接続導波路１２７および１２８に伝搬させることができる。
【００５１】
次に、図１に戻って光受信回路の説明を続ける。光合波部１０５、１０９、１１３および１１７は、各々２つの入射端および２つの出射端を有する。一方の入射端は信号光用の入射端であり、他方の入射端は局発光用の入射端である。一方（信号光用）の入射端には、各々信号光が伝搬する接続導波路１２９〜１３２が接続される。他方（局発光用）の入射端には、各々局発光が伝搬する接続導波路１４１〜１４４が接続される。光合波部１０５、１０９、１１３および１１７において信号光と局発光とが合波して生じた干渉光は、各々２つの出射端から出力される。
【００５２】
接続導波路１２７の他端（出射端）は光分岐部１０３の入射端に接続される。光分岐部１０３は二つの出射端を有する。光分岐部１０３の一方の出射端には接続導波路１２９の一端が、他方の出射端には接続導波路１３０の一端が各々接続される。接続導波路１２９の他端は光合波部１０５の一方（信号光用）の入射端に接続される。接続導波路１３０の他端は光合波部１０９の一方（信号光用）の入射端に接続される。
【００５３】
接続導波路１２８の他端（出射端）は光分岐部１０４の入射端に接続される。光分岐部１０４は二つの出射端を有する。光分岐部１０４の一方の出射端には接続導波路１３１の一端が、他方の出射端には接続導波路１３２の一端が各々接続される。接続導波路１３１の他端は光合波部１１３の一方（信号光用）の入射端に接続される。接続導波路１３２の他端は光合波部１１７の一方（信号光用）の入射端に接続される。
【００５４】
ＴＥ偏波の局発光は入射導波路１４７の一端（入射端）から入射される。入射導波路１４７中に位相調整部１２４が挿入される。位相調整部１２４には、例えば、参考文献２（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｖｏｌ．２６，ｎｏ  １４，ｐｐ．２２３５−２２４４，２００８）に開示された矩形導波路を用いた熱光学位相調整器を用いることができる。位相調整部１２４の構成としては、これに限らず、リブ導波路を用いることもできる。
【００５５】
入射導波路１４７の他端（出射端）は光分岐部１２３の入射端に接続される。光分岐部１２３の二つの出射端各々には、接続導波路１４５および１４６各々の一端（入射端）が接続される。
【００５６】
接続導波路１４５の他端（出射端）は光分岐部１２１の入射端に接続される。光分岐部１２１の二つの出射端は各々接続導波路１４１および１４２の一端と接続される。接続導波路１４１の他端は光合波部１０５の他方（局発光用）の入射端に接続される。接続導波路１４１中に位相調整部１０８が挿入される。接続導波路１４２の他端は光合波部１０９の他方（局発光用）の入射端に接続される。接続導波路１４２中に位相調整部１１２が挿入される。
【００５７】
接続導波路１４６の他端（出射端）は光分岐部１２２の入射端に接続される。光分岐部１２２の二つの出射端は各々接続導波路１４３および１４４の一端と接続される。接続導波路１４３の他端は光合波部１１３の他方（局発光用）の入射端と接続される。位相調整部１１６が接続導波路１４３中に挿入される。接続導波路１４４の他端は光合波部１１７の他方（局発光用）の入射端に接続される。位相調整部１２０が接続導波路１４４中に挿入される。
【００５８】
位相調整部１０８、１１２、１１６および１２０は、位相調整部１２４と同じ構成を有してもよく、異なる構成でもよい。また、位相調整部１０８、１１２、１１６および１２０が互いに同一の構成を有してもよく、異なる構成でもよい。
【００５９】
入射光のＴＥ偏波成分の順位相（Ｉ）成分および直交位相（Ｑ）成分各々と局発光との干渉により、コヒーレント光受信信号のＩ成分およびＱ成分が生ずる。位相調整部１０８もしくは１１２に印加する電流もしくは電圧の調節により、Ｉ成分およびＱ成分の間での位相差がπ／２に保持され、ＴＥ偏波成分の信号のクロストークが除去される。
【００６０】
位相調整部１０８もしくは１１２のいずれか一つを駆動するだけで前記位相差を保持することができるので、位相調整部１０８もしくは１１２のいずれかを省略してもよい。位相調整部１０８および１１２を両方とも設けると、コヒーレント光受信信号のＩ成分およびＱ成分の対応関係を互いに反転させることができるため、システム構成の自由度が増す。光受信回路１０１に求められる仕様に応じて、位相調整部１０８および１１２を両方とも設けるか、いずれか一方を省略するか、選択すればよい。位相調整部１０８もしくは１１２に微調整のための電圧を印加して、前記位相差の精度をさらに向上することができる。
【００６１】
同様に、入射光のＴＭ偏波成分の順位相（Ｉ）成分および直交位相（Ｑ）成分各々と局発光との干渉により、コヒーレント光受信信号のＩ成分およびＱ成分が生ずる。位相調整部１１６もしくは１２０に印加する電流もしくは電圧の調節により、Ｉ成分およびＱ成分の間での位相差がπ／２に保持され、ＴＭ偏波成分の信号のクロストークが除去される。位相調整部１０８もしくは１１２と同様に、位相調整部１１６もしくは１２０のいずれかを省略してもよい。
【００６２】
位相調整部１２４を用いて、各偏波成分のコヒーレント光受信信号のＩ成分およびＱ成分の間での位相差の制御とは独立して、局発光の位相を入射光の位相に対して制御させることができる。光受信回路１０１の構成を簡便にする場合、位相調整部１２４を省略してもよい。
【００６３】
光合波部１０５の一方の出射端には接続導波路１３３の一端が接続され、接続導波路１３３の他端は受光部１０６の入射端に接続される。光合波部１０５の他方の出射端には接続導波路１３４の一端が接続され、接続導波路１３４の他端には受光部１０７の入射端が接続される。受光部１０６および１０７では、ＴＥ偏波成分のコヒーレント光受信信号のＩ成分の正および負極性の電気信号ＴＥ／Ｉ＋およびＴＥ／Ｉ−が各々発生する。
【００６４】
光合波部１０９の一方の出射端には接続導波路１３５の一端が接続され、接続導波路１３５の他端は受光部１１０の入射端に接続される。光合波部１０９の他方の出射端には接続導波路１３６の一端が接続され、接続導波路１３６の他端には受光部１１１の入射端が接続される。受光部１１０および１１１では、ＴＥ偏波成分のコヒーレント光受信信号のＱ成分の正および負極性の電気信号ＴＥ／Ｑ＋およびＴＥ／Ｑ−が各々発生する。
【００６５】
光合波部１１３の一方の出射端には接続導波路１３７の一端が接続され、接続導波路１３７の他端は受光部１１４の入射端に接続される。光合波部１１３の他方の出射端には接続導波路１３８の一端が接続され、接続導波路１３８の他端には受光部１１５の入射端が接続される。受光部１１４および１１５では、ＴＭ偏波成分のコヒーレント光受信信号のＩ成分の正および負極性の電気信号ＴＭ／Ｉ＋およびＴＭ／Ｉ−が各々発生する。
【００６６】
光合波部１１７の一方の出射端には接続導波路１３９の一端が接続され、接続導波路１３９の他端は受光部１１８の入射端に接続される。光合波部１１７の他方の出射端には接続導波路１４０の一端が接続され、接続導波路１４０の他端には受光部１１９の入射端が接続される。受光部１１８および１１９では、ＴＭ偏波成分のコヒーレント光受信信号のＱ成分の正および負極性の電気信号ＴＭ／Ｑ＋およびＴＭ／Ｑ−が各々発生する。
【００６７】
導波路交差を回避するため、入射光が伝搬する方向に対して、局発光は逆方向から導かれる。入射光のＴＥ偏波成分の一部の要素に対して、図１に示された経路の特徴を説明する。入射光のＴＥ偏波成分の一部の要素が接続導波路１２９から光合波部１０５の一方の入射端に入射する方向に対して、逆方向から局発光の一部の要素が接続導波路１４１中を導かれる。接続導波路１４１は１８０度曲がり部１４１ａを有する。接続導波路１４１を伝搬する局発光の一部の要素は、接続導波路１２９を伝搬する入射光の一部の要素と同方向に伝搬方向を反転した後、光合波部１０５の他方の入射端から光合波部１０５に入射する。
【００６８】
接続導波路１４１は高屈折率差導波路からなるため、曲げ損失の増加を招くことなく、１８０度曲がり部１４１ａの曲率半径を５μｍ程度にまで縮小できる。このため、光受信回路１０１のフットプリントを縮小することが可能である。接続導波路１４１の導波方向に沿う長さも短縮され、伝搬損失も低減され、光受信回路１０１の光損失を低減することができる。二つの９０度曲がり部を直列に接続して１８０度曲がり部を構成することもできる。
【００６９】
接続導波路１４１は光合波部１０５および光合波部１０９各々の側壁の間に設けられる。光受信回路１０１のフットプリントを低減するには、光合波部１０５と光合波部１０９との間隔をできるだけ短縮する必要がある。しかし、接続導波路１４１からの光漏洩を避けるため、接続導波路１４１の一方の側壁と光合波部１０５の一方の側壁との間隔および接続導波路１４１の他方の側壁と光合波部１０９の一方の側壁との間隔を少なくとも２μｍ程度確保することが望ましい。
【００７０】
入射光のＴＥ偏波成分の他の要素および入射光のＴＭ偏波成分の各要素の経路に対しても、同様の特徴がある。例えば、入射光の一部の要素が接続導波路１３０、１３１および１３２から光合波部１０９、１１３および１１７の一方の入射端に入射する方向に対して、逆方向から局発光の一部の要素が接続導波路１４２、１４３および１４４中を導かれる。接続導波路１４２、１４３および１４４は各々１８０度曲がり部１４２ａ、１４３ａおよび１４４ａを有する。接続導波路１４２、１４３および１４４を伝搬する局発光の一部の要素は接続導波路１３０、１３１および１３２を伝搬する入射光の一部の要素と同方向に伝搬方向を反転した後、光合波部１０９、１１３および１１７の他方の入射端に入射する。
【００７１】
図１では、入射導波路１４７の入射端１４８と入射導波路１２６の入射端１２５は光受信回路１０１の同一の端面１０１ａ上にある。導波路交差を回避するため、入射導波路１４７は二つの９０度曲がり部１４７ａおよび１４７ｂを有する。入射導波路１４７の入射端は、必ずしも入射導波路１２６の入射端と同一の端面上に存在する必要はない。入射導波路１２６の入射端１２５が存在する光受信回路１０１の端面１０１ａを垂直方向の正面とすると、入射導波路１４７の入射端は、垂直方向の正面の端面１０１ａと接触する垂直方向の二つの側端面１０１ｂ，１０１ｃのいずれかの上に位置してもよい。この場合、入射導波路１４７は一つの９０度曲がり部を有する。入射導波路１４７の入射端を設ける端面は光受信回路１０１を内蔵する筐体の構成に応じて選択すればよい。
【００７２】
局発光の伝搬損失が経路によって異なると、コヒーレント光受信信号の強度がＴＥおよびＴＭ偏波成分間、あるいはＩおよびＱ成分間で異なってしまい、受信エラーの要因となる。接続導波路１４５および接続導波路１４１からなる経路、接続導波路１４５および接続導波路１４２からなる経路、接続導波路１４６および接続導波路１４３からなる経路、接続導波路１４６および接続導波路１４４からなる経路、これら四つの経路に対して、伝搬損失がすべて等しくなるよう、各接続導波路の導波方向の長さを設定することが好ましい。例えば、接続導波路１４５および１４６を互いに等長とし、接続導波路１４１〜１４４を互いに等長とする。このため、光分岐部１２１〜１２３は、光合波部１０５、１０９、１１３、１１７が位置する水平面と同一の平面上で、受光部１０６、１０７、１１０、１１１、１１４、１１５、１１８および１１９に対して、光合波部１０５、１０９、１１３，１１７とは反対側の領域に設けられる。
【００７３】
同じ理由により、入射光の四つの経路に対して伝搬損失を等化することが好ましい。例えば、接続導波路１２７および１２８を互いに等長とし、接続導波路１２９〜１３２を互いに等長とする。
【００７４】
次に、各部寸法等の具体例を挙げるが、本発明はこの具体例に限定されるものではない。接続導波路１２７〜１４６および入射導波路１２６，１４７のコアは、導波光の伝搬方向と直交する面内において、幅５００ｎｍ、高さ２２０ｎｍの矩形断面を有する。光分岐部１０３、１０４および１２３は、幅１５００ｎｍ、導波方向に沿う長さ１８００ｎｍおよび高さ２２０ｎｍを有するスラブ導波路からなる１×２多モード干渉計である。二つの出射端各々の中心間の間隔は８００ｎｍである。光合波部１０５、１０９、１１３および１１７は、幅１５００ｎｍ、導波方向に沿う長さ３６００ｎｍおよび高さ２２０ｎｍを有するスラブ導波路からなる２×２多モード干渉計である。二つの入射端および二つの出射端各々の中心間の間隔は８００ｎｍである。１×２および２×２多モード干渉計については、これらの寸法に限らず、例えば、参考文献３（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ｖｏｌ．３４，ｎｏ．３０，ｐｐ．６８９８−６９１０，１９９５）の記載に従い、設計することができる。
【００７５】
図３に模式的に示した構成により、受光部１０６、１０７、１１０、１１１、１１４、１１５、１１８および１１９で発生する電気信号ＴＥ／Ｉ＋、ＴＥ／Ｉ−、ＴＥ／Ｑ＋、ＴＥ／Ｑ−、ＴＭ／Ｉ＋、ＴＭ／Ｉ−、ＴＭ／Ｑ＋、ＴＭ／Ｑ−は、受光部１０６、１０７、１１０、１１１、１１４、１１５、１１８および１１９に接続された高周波信号電極３１０〜３１７を通じ、高周波信号電極３１０〜３１７に接続されたボンディング電極３０１〜３０８から出力される。高周波信号電極３１０〜３１７およびボンディング電極３０１〜３０８は光受信回路１０１の上面に設けられる。
【００７６】
ＴＥ偏波成分に関して個別に列記すると次のとおりである。高周波信号電極３１０およびボンディング電極３０１は、受光部１０６で発生するＴＥ／Ｉ＋の伝搬に使用される。高周波信号電極３１１およびボンディング電極３０２は、受光部１０７で発生するＴＥ／Ｉ−の伝搬に使用される。高周波信号電極３１２およびボンディング電極３０３は、受光部１１０で発生するＴＥ／Ｑ＋の伝搬に使用される。高周波信号電極３１３およびボンディング電極３０４は、受光部１１１で発生するＴＥ／Ｑ−の伝搬に使用される。
【００７７】
ＴＭ偏波成分に関して個別に列記すると次のとおりである。高周波信号電極３１４およびボンディング電極３０５は、受光部１１４で発生するＴＭ／Ｉ＋の伝搬に使用される。高周波信号電極３１５およびボンディング電極３０６は、受光部１１５で発生するＴＭ／Ｉ−の伝搬に使用される。高周波信号電極３１６およびボンディング電極３０７は、受光部１１８で発生するＴＭ／Ｑ＋の伝搬に使用される。高周波信号電極３１７およびボンディング電極３０８は、受光部１１９で発生するＴＭ／Ｑ−の伝搬に使用される。
【００７８】
高周波特性を維持するためには、ボンディング電極３０１〜３０８に接続されるリード線の長さを短縮することが好ましい。そのため、ボンディング電極３０１〜３０８は光受信回路１０１の後面の端面１０１ｄに隣接して設けられている。入射光および局発光の入射端１２５，１４８と電気信号の出射端（ボンディング電極３０１〜３０８）とが別々の端面１０１ａおよび１０１ｄに分離されているので、光受信回路１０１を内蔵する筐体の前面に信号光の入射端を、後面に電気信号の出射端を各々設けることが容易となり、小型のプラガブル光送受信機への応用に適する。
【００７９】
高周波信号電極３１０〜３１７は、両側を接地電極に挟まれたコプレナ導波路の信号電極である。信号電極の幅は１０μｍ、接地電極とのギャップの幅は６μｍであり、インピーダンスを５０Ωとして設計されている。図３のように、局発光が伝搬する接続導波路１４１〜１４６および入射導波路１４７の上を高周波信号電極３１２〜３１７が通過する。
【００８０】
図３の破線ＰＰ’を含む垂直面において、光受信回路１０１の断面を図４（ａ）に模式的に示す。基板４０１上に下部クラッド４０２、入射導波路１４７のコア部、上部クラッド４０３および高周波信号電極３１７が設けられている。接地電極４０４および４０５は高周波信号電極３１７と同じく、上部クラッド４０３の上に設けられている。
【００８１】
基板４０１は結晶性シリコンからなる。基板４０１への導波光の漏洩を防止するため、下部クラッド４０２の高さは２μｍ以上とする。光受信回路１０１の上側への導波光の漏洩を避けるには上部クラッド４０３の高さは１μｍ以上であることが好ましい。図４（ａ）において、高周波信号電極３１７と接地電極４０４および４０５による光吸収を避けるには、上部クラッド４０３の高さは２μｍ以上であることが好ましい。高周波信号電極３１７と接地電極４０４および４０５はアルミニウムからなり、電気信号の減衰を避けるため、これらの高さは１μｍ以上とする。
【００８２】
図３の破線ＱＱ’を含む垂直面における光受信回路１０１の断面を図４（ｂ）に模式的に示す。上部クラッド４０３上に接地電極４０６が存在する。図３では、接地電極４０４、４０５および４０６は表示されていない。上部クラッド４０３の上面は平たんでなく、各接続導波路の上部が盛り上がるなど、起伏が生ずる。各高周波信号電極が起伏のため断線する可能性がある。必要ならば、研磨により上部クラッド４０３の上面を平坦化する。基板４０１上に形成される光導波路素子４１０は、コア４１１とクラッド（下部クラッド４０２および上部クラッド４０３）から構成される。図１の接続導波路１２７〜１４６、入射導波路１２６および１４７は、下部クラッド４０２の上に形成されるコア４１１の配置を示す。
【００８３】
受光部１０６〜１１９はすべて同じ構成を有することができる。破線ＲＲ’を含む垂直面において、受光部１１９を含む光受信回路１０１の断面模式図を図５に示す。接続導波路１４０の両側にはＳｉコンタクト層５０１および５０２が、接続導波路１４０の上にはゲルマニウム（Ｇｅ）からなる光吸収層５０６が各々設けられている。Ｓｉコンタクト層５０１はビア（ＶＩＡ）５０３を介して接地電極４０４に接続される。Ｓｉコンタクト層５０２はビア（ＶＩＡ）５０５を介して接地電極４０５に接続される。光吸収層５０６はビア（ＶＩＡ）５０４を介して高周波信号電極３１７に接続される。類似の構成は参考文献４（ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ｖｏｌ．１６，ｎｏ．１，ｐｐ．３０７−３１５，２０１０）に開示されている。
【００８４】
本実施例の導波路構成を用いて、交差導波路を含まず、小型で光損失が低く、かつ高周波特性に優れた光受信回路を提供することができる。本光受信回路はデジタルコヒーレント向け小型プラガブル光送受信機に好適である。
【００８５】
局発光の出力が低い場合には、信号光である入射光を入射導波路１４７の入射端１４８より入射し、局発光を入射導波路１２６の入射端１２５より入射させてもよい。この場合にも、本実施例で記載の効果が得られる。
【００８６】
〔実施例２〕
実施例１に記載の光受信回路において、ＴＥおよびＴＭ偏波成分各々のＩ成分とＱ成分との位相差を調節する方法について説明する。さらに、位相差調節情報をメモリに格納した光受信回路の構成について説明する。位相差調整方法の構成の例として、処理部１５０に対する位相差調整方法の構成の概要図を図６に示す。ここで使用される光受信回路１０１の構成は、図１および図３と同様であるが、図６では一部を省略して、本実施例の説明で参照される部分のみを示す。
【００８７】
単一モードで発信する波長可変レーザ６０１からの連続光をビームスプリッタ６０２で二つの経路６０３，６０４に分岐する。一方の経路６０３からの連続光が入射光として入射導波路１２６の入射端１２５から光受信回路１０１に入射される。他方の経路６０４からの連続光は周波数シフタ６０５を通して周波数シフトされ、局発光として入射導波路１４７の入射端１４８から光受信回路１０１に入射される。周波数シフタ６０５として、例えば、音響光学周波数シフタあるいはＥＯ周波数シフタを用いることができる。周波数シフト量は前記連続光のスペクトル線の周波数幅よりも約５倍以上大きく、かつ本実施例において使用するＲＦロックインアンプ６１３の応答周波数帯域にある。周波数シフト量の具体例は、例えば、１０ＭＨｚである。入射光と局発光との干渉の結果、周波数シフトに等しい周波数のヘテロダインビートが発生する。
【００８８】
入射光のＴＥ偏波成分におけるＩ成分とＱ成分との位相差をπ／２に調整するための手順を説明する。ボンディング電極３０１および３０２から出力されるＩ成分の電気信号ＴＥ／Ｉ＋およびＴＥ／Ｉ−が第１の差動増幅器６１１の正および負入力端に各々入力される。第１の差動増幅器６１１から出力される電気信号が参照信号としてＲＦロックインアンプ６１３に入力される。ボンディング電極３０３および３０４から出力されるＱ成分の電気信号ＴＥ／Ｑ＋およびＴＥ／Ｑ−が第２の差動増幅器６１２の正および負入力端に各々入力され、第２の差動増幅器６１２から出力される電気信号が入力信号としてＲＦロックインアンプ６１３に入力される。
【００８９】
ＲＦロックインアンプ６１３で検出されるヘテロダインビートの位相がπ／２に一致するよう、位相調整部１０８もしくは１１２に印加する直流電流もしくは直流電圧を調整する。ＴＭ成分に対して、同様に調整することができる。参照信号をＱ成分の電気信号、入力信号をＩ成分の電気信号としてもよい。この場合、Ｉ成分とＱ成分との位相差は−π／２に一致するよう調整する。
【００９０】
入射光の波長変化あるいは温度変化により、導波路の実効屈折率が変化し、位相調整部に印加する電流もしくは電圧を調整するには、使用する各波長あるいは温度に応じて各位相調整部に印加する電流もしくは電圧を指定する必要がある。そこで、波長可変レーザ６０１の波長あるいは光受信回路１０１の周囲の温度を変化させ、各波長あるいは温度でＩ成分とＱ成分との位相差をπ／２に保持するために必要な電流値もしくは電圧値を記録する。記録した電流値もしくは電圧値をルックアップテーブルとしてメモリに格納する。ルックアップテーブルを格納したメモリ６２１を搭載した制御ボード（制御基板６２０）を光受信回路１０１に接続し、波長あるいは温度の変化に対応して位相調整部１０８もしくは１１２を制御することにより、ＩＱ成分間の位相差をπ／２に保持することができる。
【００９１】
制御基板６２０は、位相調整部１０８もしくは１１２に印加する電流もしくは電圧を制御する制御部６２２を有する。制御部６２２と光受信回路１０１との間には、配線６２３もしくは６２４が設けられる。光受信回路１０１は、位相調整部１０８もしくは１１２に印加する電流もしくは電圧が入力されるボンディング電極３２１もしくは３２２と、前記印加する電流もしくは電圧が伝搬する電極３２３もしくは３２４を有する。ボンディング電極３２１もしくは３２２と配線６２３もしくは６２４との間はワイヤボンディングで接続することができる。配線６２３、ボンディング電極３２１および電極３２３は、制御部６２２と位相調整部１０８との間を接続するために設けられる。配線６２４、ボンディング電極３２２および電極３２４は、制御部６２２と位相調整部１１２との間を接続するために設けられる。
【００９２】
連続した入射光に対し、連続した局発光に周波数シフトを印加する手段６００は、波長可変レーザ６０１、ビームスプリッタ６０２、二つの経路６０３，６０４、周波数シフタ６０５を含む。参照信号および入力信号からヘテロダインビートの位相を検出する手段６１０は、差動増幅器６１１および６１２、ＲＦロックインアンプ６１３、配線６１４〜６１９を含む。これらの手段６００および６１０は、位相差の調整工程が完了した後には、光受信回路１０１から除去することができる。
【００９３】
配線６１４〜６１９について個別に接続すれば、次のとおりである。配線６１４はボンディング電極３０１と第１の差動増幅器６１１の正入力端との間を接続し、配線６１５はボンディング電極３０２と第１の差動増幅器６１１の負入力端との間を接続する。配線６１６はボンディング電極３０３と第２の差動増幅器６１２の正入力端との間を接続し、配線６１７はボンディング電極３０４と第２の差動増幅器６１２の負入力端との間を接続する。配線６１８は、第１の差動増幅器６１１から出力される電気信号をＲＦロックインアンプ６１３に入力する。配線６１９は、第２の差動増幅器６１２から出力される電気信号をＲＦロックインアンプ６１３に入力する。
【００９４】
メモリ６２１および制御部６２２を備える制御基板６２０は、光受信回路１０１が信号光を受信する際、光受信回路１０１の位相調整部１０８もしくは１１２に接続される。制御部６２２は、波長あるいは温度の変化に対応して位相調整部１０８もしくは１１２を制御する。この際、メモリ６２１に格納されたルックアップテーブルを参照して、位相調整部に印加する電流もしくは電圧を指定することにより、波長あるいは温度が変化してもＩＱ成分間の位相差をπ／２に保持することができる。制御基板６２０は、信号光の波長の変化に関する信号を制御部６２２に入力する手段、光受信回路１０１の周囲の温度に関する信号を制御部６２２に入力する手段の一方または両方を含むことができる。光受信回路１０１の周囲の温度をリアルタイムに測定するため、光受信回路１０１上または近傍に温度センサを設けることができる。
【００９５】
入射光のＴＭ偏波成分におけるＩ成分とＱ成分との位相差をπ／２に調整するための手順も、ＴＥ偏波成分の場合と同様である。この場合、ボンディング電極３０１および３０２から出力されるＩ成分の電気信号ＴＥ／Ｉ＋およびＴＥ／Ｉ−の代わりに、ボンディング電極３０５および３０６から出力されるＩ成分の電気信号ＴＭ／Ｉ＋およびＴＭ／Ｉ−が使用される。また、ボンディング電極３０３および３０４から出力されるＱ成分の電気信号ＴＥ／Ｑ＋およびＴＥ／Ｑ−の代わりに、ボンディング電極３０７および３０８から出力されるＱ成分の電気信号ＴＭ／Ｑ＋およびＴＭ／Ｑ−が使用される。
【００９６】
ＴＭ偏波成分におけるＩＱ成分間の位相差調整を行う場合、メモリ６２１および制御部６２２は、位相調整部１０８および１１２の代わりに、位相調整部１１６および１２０（図１参照）に接続される。位相調整部１１６および１２０の制御に使用されるメモリ６２１および制御部６２２は、位相調整部１０８および１１２の制御に使用されるメモリ６２１および制御部６２２と同一の制御基板６２０に設けられることが好ましい。ＴＥ偏波成分用およびＴＭ偏波成分用のメモリ６２１および制御部６２２が別々に設けられてもよい。同一のメモリ６２１および制御部６２２がＴＥ偏波成分用およびＴＭ偏波成分用に使用されてもよい。制御基板６２０は、位相調整部１２４の制御に使用される制御部をさらに備えることもできる。
【００９７】
以上、本発明を好適な実施形態および実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【００９８】
位相差調整方法において、実施例２では光源として波長可変レーザを使用したが、本調整方法はこれに限定されない。波長の変化に対応しない場合には単一波長レーザを使用してもよい。波長の変化に対応する場合でも、波長の異なる２以上の光源を組み合わせて使用することが可能である。この場合は、異なる波長に対して位相差を調整するごとに、光受信回路の入射端に接続される光源を切り替えればよい。
【００９９】
実施例２では同一の光源から出射された光を２つの経路に分岐したが、本調整方法はこれに限定されない。連続した入射光を発生する光源と、連続した局発光を発生する光源とを別々に設けることも可能である。この場合、ビームスプリッタを省略することができる。また、２つの光源から出力される連続光の波長が異なれば、周波数シフタを省略することができる。しかし、実施例２のように、光源として１つの波長可変レーザを使用することにより、異なる波長での位相差調整を容易に行うことができる。
【０１００】
実施例２では、局発光が伝搬する経路に周波数シフタを設けたが、その代わりに、入射光が伝搬する経路に周波数シフタを設けてもよい。また、両方の経路にそれぞれ周波数シフタを設けてもよい。ヘテロダインビートの位相を検出する手段としては、ＲＦロックインアンプに限らず、例えば、約１００ＫＨｚ以下（ＲＦより低い周波数）で動作する、通常のロックインアンプなど、公知の位相検出器を用いることもできる。光信号の変調等に用いられる電気信号は、信号速度の高速化のためには、高周波信号であることが好ましいが、本発明が高周波（ＲＦ）用に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１０１】
１０１…光受信回路、１０２…偏波分離回路、１０３，１０４…光分岐部（第１の光分岐部）、１０５，１１３…光合波部（第１の光合波部）、１０６，１０７，１１４，１１５…受光部（第１の受光部）、１０８，１１２，１１６，１２０，１２４…位相調整部、１０９，１１７…光合波部（第２の光合波部）、１１０，１１１，１１８，１１９…受光部（第２の受光部）、１２１，１２２…光分岐部（第２の光分岐部）、１２３…光分岐部（最初の光分岐部）、１２６…入射導波路（信号光入射用導波路）、１２７〜１４６…接続導波路、１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ，１４４ａ…１８０度曲がり部、１４７…入射導波路（局発光入射用導波路）、１４７ａ，１４７ｂ…９０度曲がり部、１５０，１５１…処理部、２０１，２０４…偏波分離部、２０２，２０３…偏波回転部、３０１〜３０８…ボンディング電極、３１０〜３１７…高周波信号電極、４０１…基板、４０２…下部クラッド、４０３…上部クラッド、４１０…光導波路素子、４１１…コア。
【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５】
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【図６】
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