(57)【要約】【課題】  偏光依存性光制御素子を設けた光集積回路において、無偏光の伝播光を光入力結合した場合にも、優れた光利用効率を有し、低消費電力の光システムが可能となる小型で信頼性に優れた光集積回路を提供することを目的とする。【解決手段】  基板と、基板上に形成された導波路と、偏光依存性光制御素子とを設けた光集積回路において、前記導波路の伝播光を２つの導波路へ分岐する偏光分離素子と、前記偏光分離素子により分岐された伝播光の一方を偏光変換する偏光変換素子と、前記偏光分離素子により分岐された他方の伝播光と前記偏光変換素子により偏光された伝播光とを合波する合波素子と、前記合波素子からの伝播光を前記偏光依存性光制御素子へ結合する結合素子とを設けたことを特徴とする光集積回路を主たる構成にする。【選択図】  図１
2007003708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、基板上に形成された導波路と、偏光依存性光制御素子とを設けた光集積回路において、
前記導波路の伝播光を２つの導波路へ分岐する偏光分離素子と、前記偏光分離素子により分岐された伝播光の一方を偏光変換する偏光変換素子と、前記偏光分離素子により分岐された他方の伝播光と前記偏光変換素子により偏光された伝播光とを合波する合波素子と、前記合波素子からの伝播光を前記偏光依存性光制御素子へ結合する結合素子と、
を設けたことを特徴とする光集積回路。
【請求項２】
基板と、基板上に形成された導波路と、偏光依存性光制御素子とを設けた光集積回路において、
前記導波路の伝播光を２つの導波路へ分岐する偏光分離素子と、前記偏光分離素子により分岐された伝播光の一方を偏光変換する偏光変換素子と、前記偏光分離素子により分岐された他方の伝播光の位相制御を行う位相制御素子と、前記位相制御素子と前記偏光変換素子により偏光された伝播光とを合波する合波素子と、前記合波素子からの伝播光を前記偏光依存性光制御素子へ結合する導波路と、
を設けたことを特徴とする光集積回路。
【請求項３】
前記光集積回路において、
前記偏光変換素子と前記合波素子との間に、または前記偏光分離素子と前記合波素子との間に、導波路型位相制御素子を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の光集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送、光計測、光メモリ、光書き込み等の各種分野に適用可能な光スイッチや光強度変調器等に応用可能な光集積回路に関し、特に偏光の効率的な利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光スイッチや光変調器は、マッハツェンダ型干渉計や方向性結合器を用いて実現しており、これらは基板上に作製した導波路で実現されるために偏光依存性を有しやすい。しかし、特別の構造を考案し偏光依存性を減少すること、例えば、光スイッチに無偏光の伝播光を入力結合させた後、光スイッチから無偏光の伝播光を経由した伝播光を出力結合させることにより、偏光依存性の少ない素子を実現している。これにより、数１０ＧＨｚ以上の高速な光スイッチや光変調が可能であり、半導体レーザを直接に駆動した場合以上の高速な光制御を可能としている。
【０００３】
一方、近年、フォトニック結晶やシリコン細線等の超小型の光制御素子を用いた光集積回路が研究されており、基幹系の高速光通信に限らずオフィス内や機器内における高速データ通信技術に利用しようとしている。しかしながら、これらの超小型の光制御素子は、その特徴が小型化にあるために、特別の構造を工夫したりする範囲が小さく、偏光依存性を有する光制御素子であることが多く、無偏光の伝播光ではなく、特定の偏光方向の伝播光に対してしか利用できない場合が多い。このため特定の方向のみをこの偏光依存性を有する光制御素子に入射して、光制御を行うことが必要である。
【０００４】
特許文献１は、フォトニック結晶を用いた光スイッチが考案されている例で、この光スイッチは、従来のリチウムナイオベートやＰＬＺＴ等の光学結晶または特殊なセラミックスを用いた光スイッチと比較して１桁以上の小さなサイズの光スイッチを実現する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
しかし、フォトニック結晶の線欠陥導波路は大きな偏光依存性を有し、無偏光の伝播光が損失の少ない伝播光として存在できる構造は非常に限られ、実際には偏光依存性の光制御素子として利用する必要がある。
【０００５】
このとき、通常の光通信に用いる光を伝播させる光ファイバには、パンダ型ファイバと呼ばれる偏光保持型の光ファイバもあるが、一般には無偏光の光を放出するものがほとんどで、このような光ファイバからの無偏光の光から特定の偏光方向を用いる場合には偏光子で余分な偏光の伝播光を除去することにより用いている。このため、光の利用効率が半分以下にしかならず、光源の消費電力に問題が生じてしまう。このため、無偏光の伝播光を効率よく偏光依存性の光制御素子に光結合させることが必要とされている。
【０００６】
特許文献２には、多波長通信における合分波を目的として波長フィルタ素子に用いることができる、伝播光の偏光特性を利用した光制御素子を使用する方法が提案されている（例えば、特に特許文献２の図５を参照）。
これは、偏光分離器〔図５の１４ａ〜ｃおよび１５ａ〜ｃ〕と偏光変換器〔図５の１７ａ〜ｃ〕と反射器〔図５の１８ａ〜ｃ〕とを用いて３列の構成とすることにより、特定の波長のフィルタリングのアドとドロップを行う、アド・ドロップ機能を実現する光集積回路の一つである。しかしながら、特許文献２に記載の光集積回路は、この光集積回路に入力結合した無偏光の伝播光の両方を利用しているものの、特定の方向の偏光に対してのみ効果的に作用する偏光依存性の光制御素子を用いたものではない。
【特許文献１】特開２００４−３３４１９０号公報
【特許文献２】特開２０００−１７１８４２号公報
【特許文献３】特開２００４−３５４６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した実情を考慮してなされたもので、偏光依存性光制御素子を設けた光集積回路に無偏光の伝播光を光入力結合せしめた場合にも、優れた光利用効率を有し、より低消費電力の光システム構成が可能となる小型で信頼性に優れた光集積回路を提供することを目的とする。
【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、請求項１に記載の光集積回路の発明は、基板と、基板上に形成された導波路と、偏光依存性光制御素子とを設けた光集積回路において、前記導波路の伝播光を２つの導波路へ分岐する偏光分離素子と、前記偏光分離素子により分岐された伝播光の一方を偏光変換する偏光変換素子と、前記偏光分離素子により分岐された他方の伝播光と前記偏光変換素子により偏光された伝播光とを合波する合波素子と、前記合波素子からの伝播光を前記偏光依存性光制御素子へ結合する結合素子とを設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の光集積回路の発明は、基板と、基板上に形成された導波路と、偏光依存性光制御素子とを設けた光集積回路において、前記導波路の伝播光を２つの導波路へ分岐する偏光分離素子と、前記偏光分離素子により分岐された伝播光の一方を偏光変換する偏光変換素子と、前記偏光分離素子により分岐された他方の伝播光の位相制御を行う位相制御素子と、前記位相制御素子と前記偏光変換素子により偏光された伝播光とを合波する合波素子と、前記合波素子からの伝播光を前記偏光依存性光制御素子へ結合する導波路とを設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記光集積回路において、前記偏光変換素子と前記合波素子との間に、または前記偏光分離素子と前記合波素子との間に、導波路型位相制御素子を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板と、基板上に形成された導波路と、偏光依存性光制御素子とを設けた光集積回路において、前記導波路の伝播光を２つの導波路へ分岐する導波路型偏光分離素子と、該導波路型偏光分離素子により分岐された伝播光のうちの一方の伝播光を偏光変換する導波路型偏光変換素子と、前記導波路型偏光分離素子により分岐されたうちの他の一方の導波路からの伝播光と前記導波路型偏光変換素子からの伝播光を合波する導波路型合波素子と、該導波路型合波素子からの伝播光を前記偏光依存性光制御素子へ結合する導波路を設けたことを特徴とする光集積回路により、Ｅ／Ｏ変換の不要な超小型で高い光利用効率の光スイッチを実現することが可能となる。
【００１２】
また、位相レベルで制御した場合には、伝播長の制約を受けずに光集積回路の回路レイアウトを行うことができるようになり、小型化することができるようになる。また、伝播長の制約を受けないので偏光変換素子の消光比をより向上することも容易となり、高速の変調信号や短パルス信号においてその波形形状の維持特性が良好となり非常に効果的である。
【００１３】
さらに、可変の位相制御素子を用いて、大きな位相制御量での高精度な位相制御を実現した、小型で高い光利用効率の光集積回路を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の光集積回路を、実施形態により、詳細に説明する。
【００１５】
［第一の実施の形態］
本発明の光集積回路の第一の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は本実施の形態の光集積回路の構成例を原理的に示す図である。
図１において、導波路１は光集積回路の光入力部であり、その入力部の光は偏光分離素子２に入力され、ＴＥモードの光を伝播させる導波路３とＴＭモードの光導波路４に分岐される。導波路４を伝播するＴＭモードの光は、偏光変換素子５でＴＥモードの光へと偏光変換される。ここで、導波路３を伝播するＴＥモードの伝播光と導波路６を伝播するＴＥモードの伝播光とは、合波素子７により合波され導波路８に伝播し、この合波された光は、偏光依存性光制御素子９からの伝播光として光集積回路出力結合部分１０から出力する。これにより、光集積回路への入力光１０２が、前記１〜１０よりなる光集積回路１０１から出力して出力伝播光１０３となる。
【００１６】
図１において、光集積回路に入力された無偏光の伝播光１０２は、光集積回路の入力部である導波路１により、光集積回路１０１に導かれる。導波路１から入力された無偏光のＴＥモードとＴＭモードとからなる導波光は、偏光分離素子２に入力する。伝播光は、偏光分離素子２により、ＴＥモードとＴＭモードの伝播光とに分離され、ＴＥモードの伝播光は導波路３を伝播し、ＴＭモードの伝播光は導波路４を伝播する。この導波路４を伝播するＴＭモードの導波光は、偏光変換素子５に入力され、ＴＭモードの光がＴＥモードに変換される。
【００１７】
この偏光分離素子２は、導波路が空間伝播の場合と異なりその導波路構造に基づく偏光依存性を有しているので、全反射、方向性結合、モード変換等を用いた導波路素子を用いることにより容易に実現できる。全反射現象を利用する場合には、例えば、分岐導波路を構成し、その一方の分岐導波路を元の伝播してくる導波路の材料よりも低屈折材料とし、かつ、一方の伝播モードにのみ全反射となる屈折率に最適化するように構成することができる。
【００１８】
また、偏光変換素子５は、例えばＴＥモードの電界または磁界の振動方向に対して斜めに交差する方向の偏光依存性を有する光学結晶を用いることによって実現でき、たとえば、光学結晶のＺ軸方向を基板面に対して略４５度斜めにした板を最適な長さに調整して、空間伝播でのλ／２波長板と同機能の素子を実現できる。
【００１９】
偏光変換素子５は空間伝播の場合と異なり、導波路構造に基づく偏光依存性を有しているので、高い効率と消光比で偏光変換が可能となるように光学結晶のＺ軸方向と導波路構造とを最適化することが好ましい。本発明の構成に波長帯域フィルタとしての機能を付加する場合には、電極等の電界印加構造を付加することができる。このようにして、光学結晶の光学定数を変化せしめる手段を付加して、波長帯域フィルタとしての機能を付加することが好ましい。
【００２０】
本発明における偏光変換素子５は、上記の構成に限定されるわけではなく、非線形光学効果を有する光学結晶に周期的な電界印加構造を付加して、ＴＥモードとＴＭモードとの結合を生じせしめるような偏光変換する素子、あるいは音響光学効果を用いた光学結晶からなる素子等の偏光変換素子などを用いてもよい。また、特定の波長のみを利用したい場合には、上記したいずれかの偏光変換素子５に、波長を可変とする手段を付加することによって、達成することもできる。
【００２１】
この偏光変換素子５から出力したＴＭモードから変換されたＴＥモードの導波光は、導波路６を伝播して合波素子７に入力する。一方、導波路３を伝播する偏光分離素子から偏光分離されて直接に出力されたＴＥモードの伝播光も合波素子７に入力される。このため、合波素子には、２つの異なるＴＥモードの偏光が入力され、これが合波されて一つのＴＥモードとなって導波路８に出力される。本発明に使用される合波素子７は、単純なＹ字形状の合波素子を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００２２】
この合波素子７によって合波されて導波路８を伝播するＴＥモードの伝播光は、ＴＥモードの偏光依存性を有する偏光依存性光制御素子９に入力される。偏光依存性光制御素子の例としては、マッハツェンダ型光変調器が挙げられ、これは光学結晶からなるＹ分岐導波路、互いに相互干渉しない並進する導波路、Ｙ分岐合波路および電界印加手段により構成され、電界印加の状態により出力される導波光に、１０ＧＨｚ以上の高速変調をすることができる。このマッハツェンダ型光変調器は、上記した導波路によって実現されているため、ＴＥモードとＴＭモードとに対しての偏光依存性を有し、単純な素子構成で消光比を向上させるためには、あらかじめ偏光方向をそろえておくことが好ましい。
【００２３】
本発明で使用される構成においては、合波素子から出力されたＴＥモードのみの導波光を導波路８を介して入力させているので、単純な素子構成で大きな消光比を実現することができるようになる。偏光依存性光制御素子９で高速光変調された伝播光は光集積回路出力結合部分１０に導波光として出力された後、この光集積回路出力結合部分１０から、無偏光の空間伝播光１０３として、光集積回路１０１から出力される。
【００２４】
従来、単純な素子構成で大きな消光比を実現させるためには、無偏光の導波路を伝播する伝播光に対して導波路型の偏光分離素子により、一方の偏光方向の光を取り出すか、あらかじめ空間伝播する無偏光の光を偏光分離素子によって一方の偏光方向の光を取り出した後に光集積回路に入力して一方の偏光方向の導波光のみを伝播させておく必要があった。このため、光利用効率が半分以下に低減してしまい、より大きな光源が必要となっていた。また、空間伝播の伝播光の状態で偏光変換することはできても、導波路に高効率で入力することができる合波は困難であるため、実際には高効率化は困難であった。
【００２５】
本発明においては、無偏光の伝播光１０２を直接に導波路型の偏光依存性光制御素子９を有する光集積回路１０１に入力させ、光集積回路１０１内で、偏光依存性光制御素子９の前段に、導波路型の素子からなる偏光分離素子と、偏光変換素子と、合波素子とを一体化して設けることにより、高い光利用効率の導波路型光制御素子を小型化して実現することができる。
【００２６】
本発明に使用される偏光依存性光制御素子１０は、上記に記載のマッハツェンダ型光変調器に限定されるわけではなく、導波路型の光スイッチや波長帯域フィルタ等の他の光制御作用を有する光制御素子を使用してもよく、またフォトニック結晶や回折格子を有する他の導波路構成を有する光制御素子を使用することもできる。また、偏光依存性素子のみを単独で用いるのではなく、偏光分離素子や波長帯域フィルタ等の偏光依存性光制御素子を光変調器や光制御素子等の他の偏光依存性光制御素子と組み合わせて用いることもできる。
【００２７】
本発明の光集積回路１０１は、偏光依存性素子からの出力光が直接に光集積回路出力結合部分１０から出力する構成に限定されず、この出力光を再び光集積回路あるいは他の光集積回路での制御光を外へ出力してもよく、また光集積回路の導波路を伝播する光を、光集積回路の内部で利用するような回路に導入してもよい。
【００２８】
［第二の実施の形態］
本発明の光集積回路の第二の実施の形態を、図２に基づいて説明する。図１と共通となる構成および動作を示す部分は、場合によって説明を省略する。
図２は本実施の形態の構成例を原理的に示す図である。図２に示すように、本実施の形態の光集積回路は、光集積回路入力結合部分である導波路１と、偏光分離素子２と、前記偏光分離素子２により分岐されたＴＥモードの光を伝播させる導波路３と、前記偏光分離素子２により分岐されＴＥモードの光を伝播させる導波路４と、導波路３を伝播するＴＭモードの光を偏光変換する偏光変換素子５と、この偏光変換素子５により偏光変換されたＴＥモードの光を伝播させる導波路６と、前記導波路３を伝播するＴＥモードの伝播光と導波路６を伝播するＴＥモードの伝播光を合波する合波素子７と、この合波素子７からの光を伝播させる導波路８と、偏光依存性光制御素子９とからなる。そして、この偏光依存性光制御素子９は、フォトニック結晶導波路からなる光遅延素子９１と、分散補償素子９２と、光スイッチ９３とにより構成される。
また、スポットサイズ変換素子２０４と信号分離素子２０１と、Ｏ／Ｅ変換素子２０２と、電気制御回路２０３とから、光ルーティング部１１０が構成される。
【００２９】
図２において、光パケットから出力されたパケット信号からなる伝播光１００２は、光集積回路１０１に高効率で入力結合させた後、入力スポットサイズ変換素子２０４によりそのスポットサイズを変換させて高屈折率差を有する導波路に伝播光１０２として高効率に入力し、伝播させる。この後、導波光はＹ分岐構造からなる２０１信号分離素子によりその伝播光の一部を分離し、この一部分離された導波光はＯ／Ｅ変換素子２０２により電気信号に変換された後、電気制御回路２０３によりパケット信号のヘッダ部分が解析され、この解析結果に従って、偏光依存性の光スイッチ２３の電界印加手段に電気信号を伝達し、導波光が伝播する経路を図２に示すように制御する。
【００３０】
一方、信号分離素子２０１により分離された一方の無偏光のＴＥモードとＴＭモードとからなる導波光は、偏光分離素子２に入力する。この導波光は、偏光分離素子２により、ＴＥモードとＴＭモードとに分離され、ＴＥモードの導波光は導波路３を伝播し、ＴＭモードの導波光は導波路４を伝播する。この導波路４を伝播するＴＭモードの導波光は、偏光変換素子５に入力され、ＴＭモードの導波光がＴＥモードの導波光に変換される。
【００３１】
この偏光変換素子５から出力したＴＥモードの導波光は、導波路６を伝播して合波素子７に入力する。一方、導波路３を伝播する偏光分離素子から偏光分離されて直接に出力されたＴＥモードの伝播光も合波素子７に入力される。この合波素子７に２つの異なるＴＥモードが入力され合波されて、一つのＴＥモードの導波光が導波路８に出力される。
【００３２】
この合波素子７によって合波された導波路８を伝播するＴＥモードの導波光は、ＴＥモードの偏光依存性を有する偏光依存性光制御素子９に入力される。偏光依存性光制御素子９は、フォトニック結晶導波路からなる光遅延素子９１と分散補償素子９２と光スイッチ９３により構成される。光遅延素子９１は、信号分離素子２０１で分離された導波光１０２のパケット信号を解析し電気信号を光スイッチに印加している間の時間に対して光を遅延させる。分散補償素子９２は、大きな波長分散を有する光遅延素子９１の波長分散を必要な帯域内で補償する。光スイッチ９３は、電気制御回路２０３からの電気信号に基づいて、分散補償素子９２からの導波光に対して１×２の光スイッチを行いその伝播する導波路を制御する。
【００３３】
この後、光集積回路１０１の出力部１０と一体化された出力スポットサイズ変換素子を経て、光集積回路１０１の外に伝播光が出力され、この出力した空間伝播光は光パケット信号のまま、他の光素子に伝播されて利用される。他の光素子が光ファイバの場合には、出力スポットサイズ変換素子により高効率に入力することができる。図２に示す光集積回路１０１により、Ｅ／Ｏ変換の不要な超小型で高い光利用効率の光スイッチを実現することができるようになる。
【００３４】
［第三の実施の形態］
本発明の光集積回路の第三の実施の形態を、図３に基づいて説明する。図１と共通となる構成および動作を示す部分は、その説明を場合によって省略する。図３は本実施の形態の光集積回路１０１の構成を、原理的に示した図である。図３において、１０１は下記１〜１０よりなる光集積回路であり、１０２は光集積回路に入力結合する伝播光であり、１０３は光集積回路から出力さした伝播光である。光集積回路１０１は、下記１〜１０よりなっており、１は導波路からなる光集積回路入力結合部分であり、２は偏光分離素子であり、３はこの偏光分離素子により分岐されたＴＥモードの光を伝播させる導波路であり、４は偏光分離素子により分岐されたＴＭモードの光を伝播させる導波路であり、５は導波路４を伝播するＴＭモードの光を偏光変換する偏光変換素子であり、６はこの偏光変換素子により偏光変換されたＴＥモードの光を伝播させる導波路であり、７は導波路１２を伝播するＴＥモードの伝播光と導波路６を伝播するＴＥモードの伝播光とを合波する合波素子であり、８は合波素子からの光を伝播させる導波路であり、９は偏光依存性光制御素子であり、１０はこの偏光依存性光制御素子からの伝播光を光集積回路から出力する光集積回路出力結合部分であり、１１はＴＥモードの光を位相制御する位相制御素子であり、１２はこの位相制御素子により位相制御されたＴＥモードの光を伝播する導波路である。
【００３５】
図３において、光集積回路に入力された無偏光の伝播光１０２は、光集積回路の入力部分１により光集積回路１０１の導波路からなる光集積回路入力結合部分１を伝播する導波光となる。入力した無偏光のＴＥモードとＴＭモードとからなる導波光は、偏光分離素子２に入力する。偏光分離素子２に入力した伝播光は、偏光分離素子２によりＴＥモードの導波光とＴＭモードの導波光とに分離され、ＴＥモードの導波光は導波路３を伝播し、ＴＭモードの導波光は導波路４を伝播する。この導波路４を伝播するＴＭモードの導波光は、偏光変換素子５に入力され、ＴＭモードの光がＴＥモードの光に変換される。
【００３６】
この偏光変換素子５から出力したＴＥモードの導波光は、導波路６を伝播して合波素子７に入力する。一方、導波路３を伝播し、偏光分離素子から偏光分離されて直接に出力されたＴＥモードの伝播光も合波素子７に入力され、これら２つの異なるＴＥモードの導波光は、合波素子７で合波されて、一つのＴＥモードの導波光となって導波路８に出力される。この合波前に、偏光分離され導波路３を伝播したＴＥモードの伝播光は、位相制御素子１１によって、予めその光の位相を固定または可変制御された後に、もう一方の導波路６を伝播したＴＥモードの伝播光と合波素子７によって合波される構成となっている。
【００３７】
図１に示す構成においては、合波素子７における光利用効率を確保するために、偏光分離素子２により分離したＴＥモードの伝播光と、偏光変換素子５によりモード変換されたＴＥモードの伝播光とに対して、導波路３の伝播長と、導波路４と６および偏光変換素子５との合計の伝播長を一致させない場合には、それぞれの伝播光の位相を合波素子７の入力時にそろえる必要があった。このため、光集積回路のレイアウトを線対称にしたりするなど、レイアウト上の制約が大きく、光利用効率を確保しながら小型化するには、多くの制約が生じていた。また、偏光変換素子５により生じる位相の微小なズレも光利用効率が低下する要因となる場合があった。
【００３８】
本実施の形態に示すような発明においては、合波素子７に入力される前に、あらかじめ偏光変換素子５を設けた導波路とは別の導波路内に位相制御素子１１を設けているので、導波路４、導波路６および偏光変換素子５とから構成された伝播路と、導波路３との伝播長の制約を受けずに光集積回路１０１の回路レイアウトを行うことができるようになり、光集積回路１０１をさらに小型化することができるようになった。また、伝播長の制約を受けないので偏光変換素子の消光比をより向上することも容易となった。
【００３９】
本発明の光集積回路１０１に使用される位相制御素子１１は、固定の位相制御素子に限定されるわけではなく、可変の位相制御素子であってもよい。また、相対位相を制御することに限定されるわけではなく、絶対的位相、つまり、伝播長等の違いによって発生する２つの伝播光の位相の違い（絶対的な値）を、位相レベルで制御することもできる。本発明の光集積回路１０１で使用される位相制御素子として、固定の位相制御素子を用いる場合の例としては、屈曲型や折れ曲がり型の導波路からなる導波路素子を用いたり、屈折率の異なるヘテロ材料回路構成を用いたり、光学結晶からなる導波路に電界印加手段を設けたりする構成により実現することができる。上記した光学結晶からなる導波路に電圧印加手段を設けた構成は、また、可変の位相制御手段として用いることもでき、この構成は非常に効果的である。可変の位相制御手段は、導波する光の波長や位相を変換する際の温度に対して、位相制御を最適化したり、合波素子の光強度を変調したりするアッテネータ手段と複合化することもでき、このような複合化した構成は有効である。
【００４０】
また、位相制御手段の例として、図示していないが、位相を検知する手段とそれをフィードバックする制御手段とにより構成して設けるようにしてもよい。また、本発明に使用される位相制御素子として、屈曲型や折れ曲がり型の導波路からなる導波路素子を用いる構成以外に、蛇腹的形状、蛇行形状、平面スパイラル形状、立体交差形状、立体スパイラル形状等を採用した素子構成としたり、さらにフォトニック結晶の線欠陥導波路や異常分散を示す配列を用いるようにすることもできる。また、上記した相対位相ではなく絶対的位相の位相制御素子を用いる場合には、高速の変調信号や短パルス信号の波形形状の維持特性が良好となり非常に効果的である。
【００４１】
［第四の実施の形態］
本発明の光集積回路の第四の実施の形態を図４に基づいて説明する。図１または図３と共通した構成および動作については、場合によってその説明を省略する。
図４は本実施の形態の光集積回路の構成例を原理的に示す図である。図４に示すように、光集積回路１０１は、下記１〜１５を有して構成されている。光集積回路１０１において、１は導波路からなる光集積回路入力結合部であり、２は偏光分離素子であり、３は該偏光分離素子により分岐されたＴＥモードの光を伝播させる導波路であり、４はこの偏光分離素子により分岐されＴＭモードの光を伝播させる導波路であり、５は導波路４を伝播するＴＭモードの光を偏光変換する偏光変換素子であり、７は導波路１５を伝播するＴＥモードの伝播光を合波する合波素子であり、８は合波素子からの光を伝播させる導波路であり、９は偏光依存性光制御素子であり、１０はこの偏光依存性光制御素子からの伝播光を光集積回路１０１から出力する光集積回路出力結合部分であり、１３は偏光変換素子５により偏光変換されたＴＥモードの光を伝播させる導波路であり、１４は導波路１３を伝播するＴＥモードの光を位相制御する位相制御素子１４であり、１５はこの位相制御素子により位相制御されたＴＥモードの光を伝播する導波路であり、１０２は光集積回路に入力結合する伝播光であり、１０３は光集積回路１０１から出力した伝播光（出力光）である。
【００４２】
図４において、光集積回路に入力された無偏光の伝播光１０２は、光集積回路１０１の入力部１により入力された導波光である。入力した無偏光のＴＥモードとＴＭモードとからなる導波光は、偏光分離素子２に入力する。偏光分離素子２により、この導波光はＴＥモードの導波光とＴＭモードの導波光とに分離され、ＴＥモードの導波光は導波路３を伝播し、ＴＭモードの導波光は導波路４を伝播する。この導波路４を伝播するＴＭモードの導波光は、偏光変換素子５に入力され、ＴＭモードの光がＴＥモードの光に変換され、導波路１３に出力される。
【００４３】
この偏光変換されたＴＥモードの光は、導波路３を伝播する偏光分離素子から偏光分離されて直接に出力されたＴＥモードの伝播光と合波素子７によって合波されて一つのＴＥモードの光となって導波路８に出力される。合波前に、偏光分離素子により分離されたＴＭモードの光は、偏光変換素子５によりＴＥモードの光に変換され、この偏光変換されたＴＥモードの光は、位相制御素子１４によってあらかじめその光の位相を固定または可変制御された後に、導波路１５に出力された後に、他の導波路のＴＥモード光と、合波素子８によって合波される。
【００４４】
図１に示す構成においては、合波素子７における光利用効率を確保するために、偏光分離素子２により分離したＴＥモードの伝播光と、偏光変換素子５によりモード変換させたＴＥモードの伝播光とに対して、導波路３の伝播長と、導波路４と６および偏光変換素子５との合計の伝播長が一致しない場合に、その２つの光の位相をそろえる必要があった。
【００４５】
これに対し、本実施の形態の発明においては、合波素子に入力させる前に、あらかじめ偏光変換素子を設けた導波路と同じ導波路に位相制御素子を設けているので、複数の導波路および偏光変換素子５と伝播長の制約を受けずに光集積回路の回路レイアウトを行うことができ、さらに小型化を実現することができるようになった。また、伝播長の制約を受けないので偏光変換素子の消光比をより向上することも容易となった。
【００４６】
また、図４に示す構成の位相変換素子１４と、図３に示す位相変換素子１１とを組み合わせるような構成にすると、２つの導波路に独立して２つの位相変換素子を設けることになるので、その全長を約半分にすることができる。位相変換素子を、光学結晶の異方性を利用した屈折率差を用いて実現する場合には、その光学結晶の屈折率差が小さい場合には位相制御に必要な全長が長くなることがある。また、光学結晶の電気光学効果を利用する場合に、たとえば３Ｖ程度の通常のＣＭＯＳ動作の電圧での電気光学効果による屈折率差を利用すると、その差は非常に小さいため、位相制御に必要な全長が長くなることがある。このような構成を回路レイアウトとして採用しても、位相制御素子の分、大きくなり小型化が不十分である。本実施形態の発明においては、２つの位相制御素子を簡単に設けることができ、このような構成の位相制御素子１４を用いることにより、さらに小型化した高い光利用効率の光集積回路１０１を実現することができるようになる。
【００４７】
また、本発明において２つの位相制御素子を設ける場合に、一方を固定の位相制御素子とし、他方を可変の位相制御素子とすると、大きな位相制御を高精度に行うことを可能とでき、これによってさらに、小型でかつ高い光利用効率を有する光集積回路１０１を実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の光集積回路の構成例を原理的に示すブロック図である。
【図２】本発明の光集積回路の別の他の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の光集積回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の光集積回路の更に他の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、３、４、６、８、１２、１３、１５    導波路
２    偏光分離素子
５    偏光変換素子
７    合波素子
９    偏光依存性光制御素子
１０    光集積回路出力結合部分
１１、１４    位相変換素子
９１    光遅延素子
９２    分散補償素子
９３    光スイッチ
１０１    光集積回路
１０２    伝播光
１０３    無偏光の空間伝播光
１１０    光ルーティング部（光ルーティング素子部）
２０１    信号分離素子
２０２    Ｏ／Ｅ変換素子
２０３    電気制御回路
２０４    入力スポットサイズ変換素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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