(57)【要約】      （修正有）【課題】広波長帯域にわたり消光比が高い復調用遅延回路および光受信器を提供する。【解決手段】入力側カプラ６，１０と出力側カプラ７，１１とを接続する第一のアーム導波路８，９と第一のアーム導波路よりも光路長が短い第二のアーム導波路１２，１３とを有し、入力光信号を遅延させて干渉させる光干渉計を備え、光伝搬方向が入力側カプラと出力側カプラとで略１８０度異なる。入力側および出力側カプラはそれぞれ第一および第二の導波路を有し、第一の導波路は第二の導波路よりも光路長が長く、第一の導波路と第二の導波路とは長手方向２箇所において第一の方向性結合器と第二の方向性結合器とが形成されており、略５０％の結合率の波長無依存カプラとして構成され、入力側カプラの長手方向に対して入力側カプラの第一の導波路が配置されている側と、出力側カプラの長手方向に対して出力側カプラの第一の導波路が配置されている側とが同一である。【選択図】図１
2013061431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相変調された光信号を復調させる平面光波回路が形成された復調用遅延回路であって、
２入力２出力の入力側カプラと、２入力２出力の出力側カプラと、前記入力側カプラと前記出力側カプラとを接続する第一のアーム導波路と、前記第一のアーム導波路よりも光路長が短い第二のアーム導波路とを有し、入力された前記光信号の各ビットをそれらと隣接するビットと干渉するように略１ビット分遅延させて干渉させる光干渉計を備え、
前記光干渉計は、前記入力側カプラにおける光の伝搬方向と前記出力側カプラにおける光の伝搬方向が略１８０度異なるように屈曲して形成されており、
前記入力側カプラおよび前記出力側カプラは、それぞれ、第一の導波路と第二の導波路とを有し、前記第一の導波路は前記第二の導波路よりも光路長が長く、前記第一の導波路と前記第二の導波路とは、長手方向の２箇所において、当該導波路間の距離が近接して平行に配置されることによって第一の方向性結合器と第二の方向性結合器とが形成されており、使用する波長帯域において略５０％の結合率を有する波長無依存カプラとして構成されており、
前記入力側カプラの長手方向に対して当該入力側カプラの第一の導波路が配置されている側と、前記出力側カプラの長手方向に対して当該出力側カプラの第一の導波路が配置されている側とが同一であることを特徴とする復調用遅延回路。
【請求項２】
第一および第二の前記光干渉計と、前記入力された光信号を２分岐して前記第一および第二の光干渉計に入力させる光分岐器とを備え、
前記光信号はＤＱＰＳＫ変調された光信号であり、前記第一および第二の光干渉計は９０度位相がずれた干渉特性を有することを特徴とする請求項１に記載の復調用遅延回路。
【請求項３】
前記各光干渉計において、前記入力側カプラと前記出力側カプラとは略同一形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の復調用遅延回路。
【請求項４】
前記各光干渉計において、前記入力側カプラと前記出力側カプラとは、前記平面光波回路が形成された面内で平行移動すると重なるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の復調用遅延回路。
【請求項５】
前記各光干渉計において、前記入力側カプラと前記出力側カプラとは、前記平面光波回路が形成された面内で当該入力側カプラと当該出力側カプラとの中間に長手方向に沿って引いた線に対して線対称移動してさらに１８０度回転すると重なるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の復調用遅延回路。
【請求項６】
前記第一の導波路および前記第二の導波路の少なくとも一方は、前記第一の方向性結合器および前記第二の方向性結合器の少なくとも一方の光結合が発生する部分において、当該導波路における他の部分よりも幅が細いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の復調用遅延回路。
【請求項７】
前記第一の導波路および前記第二の導波路は、前記第一の方向性結合器および前記第二の方向性結合器の光結合が発生する部分において、当該導波路における他の部分よりも幅が細いことを特徴とする請求項６に記載の復調用遅延回路。
【請求項８】
前記第一および第二の光干渉計において、前記各光干渉計の入力側カプラの長手方向に対して当該入力側カプラの第一の導波路が配置されている側と、前記各光干渉計の出力側カプラの長手方向に対して当該各出力側カプラの第一の導波路が配置されている側とが、すべて同一であることを特徴とする請求項３〜７のうち請求項２を引用するいずれか一つに記載の復調用遅延回路。
【請求項９】
前記各光干渉計に入力される光信号の一部を分岐するタップカプラを備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の復調用遅延回路。
【請求項１０】
前記タップカプラは、第三の導波路と第四の導波路とを有し、前記第三の導波路は前記第四の導波路よりも光路長が長く、前記第三の導波路と前記第四の導波路とは、長手方向の２箇所において、当該導波路間の距離が近接して平行に配置されることによって第三の方向性結合器と第四の方向性結合器とが形成されており、使用する波長帯域において２０％以下の結合率を有する波長無依存カプラとして構成されていることを特徴とする請求項９に記載の復調用遅延回路。
【請求項１１】
前記第三の導波路および前記第四の導波路の少なくとも一方は、前記第三の方向性結合器および前記第四の方向性結合器の少なくとも一方の光結合が発生する部分において、当該導波路における他の部分よりも幅が細いことを特徴とする請求項１０に記載の復調用遅延回路。
【請求項１２】
前記第三の導波路および前記第四の導波路は、前記第三の方向性結合器および前記第四の方向性結合器の光結合が発生する部分において、当該導波路における他の部分よりも幅が細いことを特徴とする請求項１１に記載の復調用遅延回路。
【請求項１３】
前記第一および第二の光干渉計の前記各アーム導波路の中央部に、前記全てのアーム導波路と交差するように挿入された波長板を備え、
前記全てのアーム導波路は前記波長板が挿入された部分で互いに近接していることを特徴とする請求項３〜１２のうち請求項２を引用するいずれか一つに記載の復調用遅延回路。
【請求項１４】
前記平面光波回路内において、前記第一および第二の光干渉計の各アーム導波路が同じ領域で重なるように配置され、前記第一の光干渉計の第二のアーム導波路と前記第二の光干渉計の第一のアーム導波路とが前記波長板の両側２箇所で交差し、
前記波長板が挿入された部分において、前記第一の光干渉計の第一および第二のアーム導波路間に前記第二の光干渉計の第一のアーム導波路が配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の復調用遅延回路。
【請求項１５】
前記平面光波回路内において、前記第一の光干渉計は前記第二の光干渉計の内側の領域に配置され、
前記波長板が挿入された部分において、前記第一の光干渉計の第一のアーム導波路、前記第二の光干渉計の第一のアーム導波路、前記第一の光干渉計の第二のアーム導波路および前記第二の光干渉計の第二のアーム導波路の順に並んで配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の復調用遅延回路。
【請求項１６】
前記光分岐器の出力側と前記第一および第二の光干渉計の入力側カプラとにそれぞれ接続された２つの導波路を備え、前記２つの導波路はそれぞれ曲げ導波路を含むＵターン形状であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一つに記載の復調用遅延回路。
【請求項１７】
前記波長板は、前記第一および第二の光干渉計の各アーム導波路の屈折率主軸に対してその主軸が４５度傾いた第一の１／２波長板であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つに記載の復調用遅延回路。
【請求項１８】
前記第一および第二の光干渉計の第一の１／２波長板よりも出力側に挿入された、前記各アーム導波路の屈折率主軸に対してその主軸が平行もしくは水平な第二の１／２波長板を備えることを特徴とする請求項１７に記載の復調用遅延回路。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一つに記載の復調用遅延回路と、
前記復調用遅延回路から出力された光信号を受光して電気信号に変換する受光素子と、  を備えることを特徴とする光受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つのＰＬＣチップ上に、位相変調された光信号を復調させる平面光波回路が形成された復調用遅延回路およびこれを用いた光受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝送速度が４０Ｇｂｐｓの差動四値位相変調（Differential  Quadrature  Phase  Shift  Keying：ＤＱＰＳＫ）、または差動位相変調（ＤＰＳＫ）通信方式において、Ｄ(Ｑ)ＰＳＫ光信号を復調する復調素子として、石英系平面光波回路（Planar  Lightwave  Circuit:ＰＬＣ）を用いたマッハツェンダー型干渉計（Mach-Zehnder  Interferometer：ＭＺＩ）などの導波路型光干渉計で遅延回路を構成したＰＬＣ型復調用遅延回路が使用されている（特許文献１）。このＰＬＣ型復調用遅延回路は、所定の光路長差を有する２本の遅延線導波路の両端を、結合率が５０％の光カプラ（以下、カプラという）でそれぞれ結合して構成されている。カプラとしては、２本の導波路を近接させて構成した２×２（２入力×２出力）の方向性結合器(Directional  Coupler:ＤＣ)を用いるのが最も簡易な方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６１５５７８号公報
【特許文献２】特許第２６５３８８３号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００８／０８４７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなＰＬＣ型復調用遅延回路においては、十分な受光感度を得るため、例えば２０ｄＢ以上といった高い消光比が必要とされている。
【０００５】
ところが、カプラとして通常の方向性結合器を用いた場合は、光通信で用いられるＣバンド(約１５２５ｎｍ〜１５６５ｎｍ)からＬバンド(約１５６５〜１６２０ｎｍ)の全域（ＣＬバンド）にわたって２０ｄＢ以上の消光比を確保することが困難であるという問題がある。なお、消光比が２０ｄＢ以上であるとは、消光比の絶対値が２０ｄＢ以上であることを意味する。
【０００６】
すなわち、ＭＺＩの消光比は、カプラの結合率が５０％からずれることにより急激に低下することが知られている。
一般にＭＺＩのスルーポートおよびクロスポートの結合率(透過率)ηth、ηcrは、カプラの結合率をκ、２本の遅延線導波路間で生じる位相差をΔφとすると、次の式（１）、式（２）で表される。
【数１】
2013061431.tif 000003
【数２】
2013061431.tif 000004
【０００７】
式(２)より、クロスポートが消光する条件であるΔφ＝(２Ｍ＋１)π（Ｍは整数）のときのクロスポートの結合率ηcrは、カプラの結合率に関わりなくゼロとなるため、高い消光比を得ることができる。
【０００８】
一方、式(１)より、カプラの結合率が５０％からずれると、スルーポートが消光する条件であるΔφ=２Ｍπのときのスルーポートの結合率ηthはゼロにならない。例えばカプラの結合率κが５０％から５％だけ高くなった場合の結合率をηth´とすると、次の式（３）となる。
【数３】
2013061431.tif 000005
さらにηth´を透過率Ｔthに変換すると、次の式（４）になる。
【数４】
2013061431.tif 000006
したがって、消光比を２０ｄＢ以上とするには、結合率κの変動量は±５％しか許容できないことが分かる。
【０００９】
通常の方向性結合器の場合、ＣＬバンドにわたって結合率κはたとえば±１０％程度変動し、かつ光結合部の導波路間の間隔の作製誤差によっても結合率κは変動するため、２０ｄＢ以上の消光比を確保することが困難である。
【００１０】
また、このようなＰＬＣ型復調用遅延回路は、例えばＭＺＩの２つの出力導波路のそれぞれにバランスドレシーバ等を接続して、受信フロントエンド部品として受信機内に組み込まれて用いられる。したがって、受信機の小型化のために、ＰＬＣ型復調用遅延回路や受信フロントエンド部品の小型化が求められている。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広い波長帯域にわたって消光比が高い復調用遅延回路およびこれを用いた光受信器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】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る復調用遅延回路は、位相変調された光信号を復調させる平面光波回路が形成された復調用遅延回路であって、２入力２出力の入力側カプラと、２入力２出力の出力側カプラと、前記入力側カプラと前記出力側カプラとを接続する第一のアーム導波路と、前記第一のアーム導波路よりも光路長が短い第二のアーム導波路とを有し、入力された前記光信号の各ビットをそれらと隣接するビットと干渉するように略１ビット分遅延させて干渉させる光干渉計を備え、前記光干渉計は、前記入力側カプラにおける光の伝搬方向と前記出力側カプラにおける光の伝搬方向が略１８０度異なるように屈曲して形成されており、前記入力側カプラおよび前記出力側カプラは、それぞれ、第一の導波路と第二の導波路とを有し、前記第一の導波路は前記第二の導波路よりも光路長が長く、前記第一の導波路と前記第二の導波路とは、長手方向の２箇所において、当該導波路間の距離が近接して平行に配置されることによって第一の方向性結合器と第二の方向性結合器とが形成されており、使用する波長帯域において略５０％の結合率を有する波長無依存カプラとして構成されており、前記入力側カプラの長手方向に対して当該入力側カプラの第一の導波路が配置されている側と、前記出力側カプラの長手方向に対して当該出力側カプラの第一の導波路が配置されている側とが同一である。
【００１３】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、第一および第二の前記光干渉計と、前記入力された光信号を２分岐して前記第一および第二の光干渉計に入力させる光分岐器とを備え、前記光信号はＤＱＰＳＫ変調された光信号であり、前記第一および第二の光干渉計は９０度位相がずれた干渉特性を有する。
【００１４】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記各光干渉計において、前記入力側カプラと前記出力側カプラとは略同一形状である。
【００１５】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記各光干渉計において、前記入力側カプラと前記出力側カプラとは、前記平面光波回路が形成された面内で平行移動すると重なるように配置されている。
【００１６】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記各光干渉計において、前記入力側カプラと前記出力側カプラとは、前記平面光波回路が形成された面内で当該入力側カプラと当該出力側カプラとの中間に長手方向に沿って引いた線に対して線対称移動してさらに１８０度回転すると重なるように配置されている。
【００１７】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記第一の導波路および前記第二の導波路の少なくとも一方は、前記第一の方向性結合器および前記第二の方向性結合器の少なくとも一方の光結合が発生する部分において、当該導波路における他の部分よりも幅が細い。
【００１８】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記第一の導波路および前記第二の導波路は、前記第一の方向性結合器および前記第二の方向性結合器の光結合が発生する部分において、当該導波路における他の部分よりも幅が細い。
【００１９】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記第一および第二の光干渉計において、前記各光干渉計の入力側カプラの長手方向に対して当該入力側カプラの第一の導波路が配置されている側と、前記各光干渉計の出力側カプラの長手方向に対して当該各出力側カプラの第一の導波路が配置されている側とが、すべて同一である。
【００２０】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記各光干渉計に入力される光信号の一部を分岐するタップカプラを備える。
【００２１】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記タップカプラは、第三の導波路と第四の導波路とを有し、前記第三の導波路は前記第四の導波路よりも光路長が長く、前記第三の導波路と前記第四の導波路とは、長手方向の２箇所において、当該導波路間の距離が近接して平行に配置されることによって第三の方向性結合器と第四の方向性結合器とが形成されており、使用する波長帯域において２０％以下の結合率を有する波長無依存カプラとして構成されている。
【００２２】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記第三の導波路および前記第四の導波路の少なくとも一方は、前記第三の方向性結合器および前記第四の方向性結合器の少なくとも一方の光結合が発生する部分において、当該導波路における他の部分よりも幅が細い。
【００２３】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記第三の導波路および前記第四の導波路は、前記第三の方向性結合器および前記第四の方向性結合器の光結合が発生する部分において、当該導波路における他の部分よりも幅が細い。
【００２４】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記第一および第二の光干渉計の前記各アーム導波路の中央部に、前記全てのアーム導波路と交差するように挿入された波長板を備え、前記全てのアーム導波路は前記波長板が挿入された部分で互いに近接している。
【００２５】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記平面光波回路内において、前記第一および第二の光干渉計の各アーム導波路が同じ領域で重なるように配置され、前記第一の光干渉計の第二のアーム導波路と前記第二の光干渉計の第一のアーム導波路とが前記波長板の両側２箇所で交差し、前記波長板が挿入された部分において、前記第一の光干渉計の第一および第二のアーム導波路間に前記第二の光干渉計の第一のアーム導波路が配置されている。
【００２６】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記平面光波回路内において、前記第一の光干渉計は前記第二の光干渉計の内側の領域に配置され、前記波長板が挿入された部分において、前記第一の光干渉計の第一のアーム導波路、前記第二の光干渉計の第一のアーム導波路、前記第一の光干渉計の第二のアーム導波路および前記第二の光干渉計の第二のアーム導波路の順に並んで配置されている。
【００２７】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記光分岐器の出力側と前記第一および第二の光干渉計の入力側カプラとにそれぞれ接続された２つの導波路を備え、前記２つの導波路はそれぞれ曲げ導波路を含むＵターン形状である。
【００２８】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記波長板は、前記第一および第二の光干渉計の各アーム導波路の屈折率主軸に対してその主軸が４５度傾いた第一の１／２波長板である。
【００２９】
また、本発明に係る復調用遅延回路は、上記発明において、前記第一および第二の光干渉計の第一の１／２波長板よりも出力側に挿入された、前記各アーム導波路の屈折率主軸に対してその主軸が平行もしくは水平な第二の１／２波長板を備える。
【００３０】
また、本発明に係る光受信器回路は、上記発明の復調用遅延回路と、前記復調用遅延回路から出力された光信号を受光して電気信号に変換する受光素子と、を備える。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、広い波長帯域にわたって消光比が高い復調用遅延回路および光受信器を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、実施の形態１に係る復調用遅延回路の概略構成を示す平面図である。
【図２】図２は、ＤＱＰＳＫ方式を用いた光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、ＷＩＮＣである入力側カプラの構成を示す模式図である。
【図４】図４は、ＷＩＮＣである入力側カプラの結合率κの波長依存性の計算値を示す図である。
【図５】図５は、通常の５０％方向性結合器の結合率κの波長依存性の計算値を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第一のＭＺＩについて、入力側カプラと出力側カプラとの配置関係の例を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第一のＭＺＩについて、入力側カプラと出力側カプラとの配置関係の例を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、第一のＭＺＩについて、入力側カプラと出力側カプラとの配置関係の例を示す図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、第一のＭＺＩについて、入力側カプラと出力側カプラとの配置関係の例を示す図である。
【図７】図７は、配置Ａ〜Ｄを想定した場合の第一のＭＺＩの透過スペクトルの計算値をそれぞれ示す図である。
【図８】図８は、作製した出力側カプラの配置を示す図である。
【図９】図９は、作製した各配置の出力側カプラの結合率κの波長依存性の測定値を示す図である。
【図１０】図１０は、図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】図１１は、図１のＹ−Ｙ線断面図である。
【図１２】図１２は、遅延復調デバイスの透過特性を示す図である。
【図１３】図１３は、実施例の遅延復調デバイスの出力ポート１、２の１５２５ｎｍ付近、１５７０ｎｍ付近、１６１０ｎｍ付近での透過スペクトルを示す図である。
【図１４】図１４は、比較例の遅延復調デバイスの出力ポート１、２の１５２５ｎｍ付近、１５７０ｎｍ付近、１６１０ｎｍ付近での透過スペクトルを示す図である。
【図１５】図１５は、１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの波長帯における、実施例の遅延復調デバイスの各ＭＺＩのＰＤＦの測定結果を示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、図６Ａに示す配置ＡのＭＺＩの出力ポート１、２の１５２０ｎｍ付近、１５７０ｎｍ付近、１６１０ｎｍ付近での透過スペクトルを示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図６Ｂに示す配置ＢのＭＺＩの出力ポート１、２の１５２０ｎｍ付近、１５７０ｎｍ付近、１６１０ｎｍ付近での透過スペクトルを示す図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、図６Ｃに示す配置ＣのＭＺＩの出力ポート１、２の１５２０ｎｍ付近、１５７０ｎｍ付近、１６１０ｎｍ付近での透過スペクトルを示す図である。
【図１６Ｄ】図１６Ｄは、図６Ｄに示す配置ＤのＭＺＩの出力ポート１、２の１５２０ｎｍ付近、１５７０ｎｍ付近、１６１０ｎｍ付近での透過スペクトルを示す図である。
【図１７】図１７は、交差角と交差損失との関係を示す図である。
【図１８】図１８は、導波路間隔とＰＤＦとの関係を示す図である。
【図１９】図１９は、実施の形態２に係る復調用遅延回路の概略構成を示す平面図である。
【図２０】図２０は、実施の形態３に係る復調用遅延回路の概略構成を示す平面図である。
【図２１】図２１は、従来の遅延復調デバイスの概略構成を示す平面図である。
【図２２】図２２は、図２２は、図２１に示す従来の遅延復調デバイスにおいて、第一および第二のＭＺＩのＰＤＦに差が生じたときのＰＤＦの波長依存性を示す図である。
【図２３】図２３は、ΔＬを変化させたときのＷＩＮＣの結合率の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、図面を参照して本発明に係る復調用遅延回路の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る復調用遅延回路の概略構成を示す平面図である。図１に示す復調用遅延回路１０１は、一つのＰＬＣチップ１Ｂ上に、ＤＱＰＳＫ変調された光信号（ＤＱＰＳＫ信号）を復調させるための、石英系ガラスなどからなる平面光波回路１Ａが形成された平面光波回路型（ＰＬＣ型）の遅延復調デバイスである。このＰＬＣ型復調用遅延回路（以下、遅延復調デバイスという。）１０１は、例えば、伝送速度が４０ＧｂｐｓのＤＱＰＳＫ方式を用いた光伝送システムに使用される４０ＧｂｐｓＤＱＰＳＫ用遅延復調デバイスである。
【００３５】
なお、本明細書において、ＤＱＰＳＫ変調方式の光伝送システムに用いる「遅延復調デバイス１０１」は、ＤＱＰＳＫ信号を２分岐し、分岐したＤＱＰＳＫ信号を、それぞれ２つのＭＺＩで１ビット遅延させ、干渉させることで、強度変調信号の光（光強度信号）に変換し、変換された４つの光強度信号（ＩチャルとＱチャネル）を２組のバランスドレシーバの４つの受光素子へ出力するデバイスを意味する。つまり、本明細書で言う「遅延復調デバイス１０１」とは、バランスドレシーバを含まない、ＤＱＰＳＫ変調方式の光伝送システムに用いる一つのＰＬＣチップからなるものであり、ＤＱＰＳＫ信号を復調させる光復調器である。
【００３６】
図２は、ＤＱＰＳＫ方式を用いた光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。図２に示す光伝送システムでは、光送信器４０から光ファイバ伝送路５４に、２ビットのデータから構成される各シンボルの値（０，１，２，３）の４つの情報を、隣接する２つのシンボルの値の変化に応じて搬送波の位相（θ，θ＋π／２，θ＋π，θ＋３π／２）の位相情報に変調されたＤＱＰＳＫ信号が伝送される。つまりこのＤＱＰＳＫ信号には、１シンボル（タイムスロット）中の光の位相が、４つの値（１／４π，３π／４，５π／４，７π／４）のいずれかとなるように、２ビット分の意味を持たせている。したがって、光受信器５０では、隣接する２つのシンボル間の位相差（位相差０、π／２、π、3π／２のいずれか）を検出することにより、送信データを復調することができる。
【００３７】
光ファイバ伝送路５４から光受信器５０に送られてきたＤＱＰＳＫ信号は、図１に示す遅延復調デバイス１０１によって４つの光強度信号に変換され、さらには、その光強度信号がバランスドレシーバ５１，５２の４つの受光素子へ出力され、電気信号に変換される。受信電気回路５３では、復号化処理などがなされる。
【００３８】
図１に戻って、遅延復調デバイス１０１の構成を説明する。遅延復調デバイス１０１は、ＤＱＰＳＫ信号が入力される光入力導波路２と、入力されるＤＱＰＳＫ信号の光パワーをモニタＰＤにてモニタするため、光入力導波路２を伝搬する光信号の５％をモニタ出力導波路８１へと分岐するタップカプラ８０と、タップカプラ８０にて分岐されなかった残りの光信号を略等分岐する光分岐器としてのＹ分岐導波路３と、Ｙ分岐導波路３により分岐されたＤＱＰＳＫ信号をそれぞれ１ビット遅延させる第一のマッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）４および第二のマッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）５と、を備えている。なお、モニタ出力導波路８１にはモニタＰＤが接続されている。なお、本実施の形態１ではタップカプラ８０の分岐比は５％であるが、２０％以下が好ましく、５％〜１０％がさらに好ましい。
【００３９】
遅延復調デバイス１０１は、第一の１／２波長板４７、第二の１／２波長板７０をさらに備え、導波路の交差点６２、６４を有するが、これらについては後に説明する。
【００４０】
第一のＭＺＩ４は、Ｙ分岐導波路３の一方の出力側に接続された導波路１４に接続された入力側カプラ６と、２つの光出力導波路２１、２２に２つの出力端がそれぞれ接続された出力側カプラ７と、両カプラ６、７間に接続された長さの異なる遅延導波路である２つのアーム導波路（第一のアーム導波路８および第二のアーム導波路９）とを有する。同様に、第二のＭＺＩ５は、Ｙ分岐導波路３の他方の出力側に接続された導波路１５に接続された入力側カプラ１０と、２つの光出力導波路２３、２４に２つの出力端がそれぞれ接続された出力側カプラ１１と、両カプラ１０、１１間に接続された遅延導波路である長さの異なる２つのアーム導波路（第一のアーム導波路１２および第二のアーム導波路１３）とを有する。
【００４１】
入力側カプラ６、１０および出力側カプラ７、１１は、それぞれ２入力×２出力型の５０％カプラである。そして、第一のＭＺＩ４の入力側カプラ６の２つの入力端の一方が導波路１４に接続されている。第二のＭＺＩ５の入力側カプラ１０の２つの入力端の一方が、導波路１５に接続されている。
【００４２】
また、第一のＭＺＩ４は、入力側カプラ６における光の伝搬方向と出力側カプラ７における光の伝搬方向が略１８０度異なるように第一および第二のアーム導波路８、９が屈曲して形成されている。同様に、第二のＭＺＩ５は、入力側カプラ１０における光の伝搬方向と出力側カプラ１１における光の伝搬方向が略１８０度異なるように第一および第二のアーム導波路１２、１３が屈曲して形成されている。具体的には、図１において入力側カプラ６、１０における光の伝搬方向は紙面略上方向であり、出力側カプラ７、１１における光の伝搬方向は紙面略下方向である。
【００４３】
なお、本実施の形態１では、導波路１４は入力側カプラ６の紙面左側の入力端に接続され、導波路１５も入力側カプラ１０の紙面左側の入力端に接続されている。しかし、導波路１４が入力側カプラ６の紙面右側の入力端に接続され、導波路１５も入力側カプラ１０の紙面右側の入力端に接続されていても良い。このように、導波路１４と導波路１５とが、入力側カプラ６、１０の２つの入力端の同じ側にそれぞれ接続されていることが好ましい。その理由は、第一のＭＺＩ４の２つの出力側(出力ポートＰout１、Ｐout２)と第二のＭＺＩ５の２つの出力側(出力ポートＰout３、Ｐout４)とに、同じ受光素子ぺアからなる同じバランスドレシーバ５１、５２が使用可能になるからである。
【００４４】
また、上述したように、第一のＭＺＩ４の出力側カプラ７の２つの出力端（スルーポートとクロスポート）は、光出力導波路２１、２２にそれぞれ接続されている。同様に、第二のＭＺＩ５の出力側カプラ１１の２つの出力端（スルーポートとクロスポート）は、光出力導波路２３、２４にそれぞれ接続されている。
【００４５】
また、第一のＭＺＩ４において、長さが長い方の第一のアーム導波路８を伝搬するＤＱＰＳＫ信号の位相を、長さが短い方の第二のアーム導波路９を伝搬するＤＱＰＳＫ信号の位相に対して、シンボルレートの１ビット（１ビットのタイムスロット：１タイムスロット）に相当する遅延量だけ遅延させる光路長差を持たせてある。例えば、シンボルレートが４０Ｇｂｐｓの場合、Ｉチャネル、Ｑチャネルそれぞれのシンボルレートは半分の２０Ｇｂｐｓでよいので、遅延量は５０ｐｓ(ピコ秒)である。同様に、第二のＭＺＩ５において、長さが長い方の第一のアーム導波路１２を伝搬するＤＱＰＳＫ信号の位相を、長さが短い側の第二のアーム導波路１３を伝搬するＤＱＰＳＫ信号の位相に対して、シンボルレートの１ビットに相当する遅延量（例えば、シンボルレートが４０Ｇｂｐｓの場合、５０ｐｓの遅延量）だけ遅延させる光路長差を持たせてある。なお、遅延量は、正確に１ビットに相当する量に限られない。たとえば、システム構成によっては、略１ビットであるが１ビットから少しずらした遅延量として、各ビットが隣接するビットと干渉するように設定する場合もある。
【００４６】
また、２つのＭＺＩ４、５には、９０度だけ位相がずれた干渉特性を持たせている。そのため、第一のＭＺＩ４の第一および第二のアーム導波路８、９の光路長差は、上記１ビットに相当する遅延量に、光信号の位相で１/４πに相当する長さだけ長く設定されている。一方、第二のＭＺＩ５の第一および第二のアーム導波路１２、１３の光路長差は、上記１ビットに相当する遅延量に、光信号の位相で１/４πに相当する長さだけ短く設定されている。
これにより、第一のＭＺＩ４で干渉する隣接するタイムスロットの光の位相と、第二のＭＺＩ５で干渉する隣接するタイムスロットの光の位相とが９０度だけずれる。
【００４７】
ここで、本実施の形態１に係る遅延復調デバイス１０１の一つ目の特徴は、次の構成にある。
すなわち、入力側カプラ６、１０および出力側カプラ７、１１は、それぞれ２入力×２出力型の５０％波長無依存カプラ（Wavelength  INsensitive  Coupler：ＷＩＮＣ、たとえば特許文献２参照）で構成されており、かつ、第一のＭＺＩ４の入力側カプラ６と出力側カプラ７との配置が所定の関係にあり、第二のＭＺＩ５の入力側カプラ１０と出力側カプラ１１との配置が所定の関係にある。
【００４８】
以下、入力側カプラ６を例としてＷＩＮＣの構成について説明するが、入力側カプラ１０および出力側カプラ７、１１も入力側カプラ６と同様の構成とすることができる。
【００４９】
図３は、入力側カプラ６の構成を示す模式図である。図３に示すように、入力側カプラ６は、第一の導波路６Ｄ１と第二の導波路６Ｄ２とで構成されている。第一の導波路６Ｄ１は光入出力部６ａ、６ｃを有している。第二の導波路６Ｄ２は光入出力部６ｂ、６ｄを有している。
【００５０】
第一の導波路６Ｄ１と第二の導波路６Ｄ２とは、長手方向の２箇所において、２本の導波路間でエバネッセント結合が起こる距離まで近接して平行に配置されている。これによって第一の方向性結合器６ＤＣ１、第二の方向性結合器６ＤＣ２が形成され、ＭＺＩが構成されている。第一の方向性結合器６ＤＣ１は結合率が約５０％に設定されている。第二の方向性結合器６ＤＣ２は結合率が約１００％に設定されている。
【００５１】
また、第一の方向性結合器６ＤＣ１と第二の方向性結合器６ＤＣ２との間の領域（アーム部またはΔＬ部）において、第一の導波路６Ｄ１は第二の導波路６Ｄ２よりも導波路長ΔＬだけ長くなっている。
【００５２】
入力側カプラ６では、第一の方向性結合器６ＤＣ１が有する結合率の波長依存性を、第二の方向性結合器６ＤＣ２が有する結合率の波長依存性と、第一の導波路６Ｄ１と第二の導波路６Ｄ２との導波路長差ΔＬの設定による光位相制御とで打ち消している。このように、入力側カプラ６は、ＷＩＮＣの構成によって、通常の方向性結合器と比較して結合率の波長依存性が低減されている。
【００５３】
さらに、第一の導波路６Ｄ１および第二の導波路６Ｄ２は、第一の方向性結合器６ＤＣ１および第二の方向性結合器６ＤＣ２の光結合が発生する部分において導波路幅が他の部分（たとえばΔＬ部）よりも細くなっている。第一の導波路６Ｄ１および第二の導波路６Ｄ２は、第一の方向性結合器６ＤＣ１および第二の方向性結合器６ＤＣ２に隣接する曲がり導波路部分においては、導波路幅が光入出力部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに向かって徐々に広くなり、光入出力部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと滑らかに接続している。
【００５４】
このように、第一の方向性結合器６ＤＣ１および第二の方向性結合器６ＤＣ２の光結合が発生する部分において導波路幅を細くすることで、導波路間の結合が強くなるので、所望の結合率を得るための結合部長さを短くすることができる。これによって入力側カプラ６は長さが短くなり、小型化が可能になる。
【００５５】
入力側カプラ６の回路パラメータは、たとえば以下の表１に示す通りである。なお、ＤＣ結合部とは方向性結合器の光結合が発生する部分のことである。また、導波路の高さは６μｍである。また、導波路におけるクラッドに対する導波路（コア）の比屈折率差Δは１．２％である。
【００５６】
【表１】
2013061431.tif 000007
【００５７】
ここで、回路パラメータを表１のように設定した入力側カプラ６と、導波路のサイズが６μｍ×６μｍであり、比屈折率差Δが１．２％の通常の５０％方向性結合器との、結合率κの波長依存性について説明する。
【００５８】
図４は、入力側カプラ６の結合率κの波長依存性の計算値を示す図である。図４において、範囲Ｒは結合率が５０％±５％の範囲である。線Ｌ１１は、入力側カプラ６の回路パラメータが設計どおりの値である場合の特性を示している。線Ｌ１２は、ＤＣ結合部における導波路間の距離が、設計値から狭まる方向に０．０５μｍだけずれた場合の特性を示している。線Ｌ１３は、ＤＣ結合部における導波路間の距離が、設計値から広がる方向に０．０５μｍだけずれた場合の特性を示している。
【００５９】
図５は、通常の５０％方向性結合器の結合率κの波長依存性の計算値を示す図である。図５において、範囲Ｒは結合率が５０％±５％の範囲である。線Ｌ２１は、５０％方向性結合器の回路パラメータが設計どおりの値である場合の特性を示している。線Ｌ２２は、ＤＣ結合部における導波路間の距離が、設計値から狭まる方向に０．０５μｍだけずれた場合の特性を示している。線Ｌ２３は、ＤＣ結合部における導波路間の距離が、設計値から広がる方向に０．０５μｍだけずれた場合の特性を示している。
【００６０】
図４、５に示すように、通常の５０％方向性結合器については、結合率は、Ｃバンド内で±約４％、Ｌバンドまで含めると±約１０％もの波長特性を有する上、ＤＣ結合部の導波路間距離の±０．０５μｍという小さな作製誤差に対しても±約４％程度の変動が生じている。これに対して、ＷＩＮＣである入力側カプラ６については、ＣＬバンド（約１５２０ｎｍ〜約１６２０ｎｍ）の全域において、作製誤差があったとしても略５０％の結合率となっており、通常の５０％方向性結合器と比較して大幅に波長特性が平坦化されている。すなわち、結合率の波長依存性がきわめて低減されている。
【００６１】
上記の結果からは、入力側カプラ６、１０および出力側カプラ７、１１をＷＩＮＣとすることによって、遅延復調デバイス１０１は広い波長帯域にわたって消光比が高くなると考えられる。
【００６２】
ところが、本発明者らが実際に図１の構成の遅延復調デバイスを製造し、その特性を精査したところ、ＭＺＩを構成する入力側カプラと出力側カプラとの配置関係によって、遅延復調デバイスの消光比の波長依存性に相違があることを発見した。以下、具体的に説明する。
【００６３】
図６Ａ〜図６Ｄは、第一のＭＺＩ４について、入力側カプラ６と出力側カプラ７との配置関係の例を示す図である。なお、図６Ａ〜図６Ｄでは、第一のアーム導波路８および第二のアーム導波路９の形状は説明のために簡略に示している。また、図６Ａ〜図６Ｄでは、説明のため第一のＭＺＩ４を示しているが、第二のＭＺＩ５の入力側カプラ１０と出力側カプラ１１との配置関係も同様に説明できる。
【００６４】
図６Ａの配置（以下、配置Ａ）は、図１に示す第一のＭＺＩ４と同様に、入力側カプラ６について、光信号の入力側に第一の方向性結合器６ＤＣ１が配置され、第一および第二のアーム導波路８、９側に第二の方向性結合器６ＤＣ２が配置されている。また、導波路長が長い第一の導波路６Ｄ１が、入力側カプラ６の長手方向に対して、紙面左側に配置されている。また、出力側カプラ７について、光信号の出力側に光入出力部７ａ、７ｂと、結合率が５０％の第一の方向性結合器７ＤＣ１とが配置されている。また、第一および第二のアーム導波路８、９側に、光入出力部７ｃ、７ｄと、結合率が１００％の第二の方向性結合器７ＤＣ２とが配置されている。また、第二の導波路７Ｄ２よりも導波路長が長い第一の導波路７Ｄ１が、出力側カプラ７の長手方向に対して、紙面左側に配置されている。すなわち、この配置Ａでは、入力側カプラ６の長手方向に対して第一の導波路６Ｄ１が配置されている側と、出力側カプラ７の長手方向に対して第一の導波路７Ｄ１が配置されている側とが同一である。入力側カプラ６と出力側カプラ７とは紙面内（平面光波回路１Ａが形成された面内）で平行移動すると重なるように配置されている。
【００６５】
図６Ｂの配置（以下、配置Ｂ）は、入力側カプラ６については配置Ａと同じであり、導波路長が長い第一の導波路６Ｄ１が、入力側カプラ６の長手方向に対して、紙面左側に配置されている。一方、出力側カプラ７について、光信号の出力側に第一の方向性結合器７ＤＣ１が配置され、第一および第二のアーム導波路８、９側に第二の方向性結合器７ＤＣ２が配置されている。また、第二の導波路７Ｄ２よりも導波路長が長い第一の導波路７Ｄ１が、出力側カプラ７の長手方向に対して、紙面右側に配置されている。すなわち、この配置Ｂでは、入力側カプラ６の長手方向に対して第一の導波路６Ｄ１が配置されている側と、出力側カプラ７の長手方向に対して第一の導波路７Ｄ１が配置されている側とが反対である。入力側カプラ６と出力側カプラ７とは、紙面内で入力側カプラ６と出力側カプラ７との中間に長手方向に沿って引いた線に対して線対称移動すると重なるように配置されている。
【００６６】
図６Ｃの配置（以下、配置Ｃ）は、入力側カプラ６については配置Ａと同じであり、導波路長が長い第一の導波路６Ｄ１が、入力側カプラ６の長手方向に対して、紙面左側に配置されている。一方、出力側カプラ７について、光信号の出力側に第二の方向性結合器７ＤＣ２が配置され、第一および第二のアーム導波路８、９側に第一の方向性結合器７ＤＣ１が配置されている。また、第二の導波路７Ｄ２よりも導波路長が長い第一の導波路７Ｄ１が、出力側カプラ７の長手方向に対して、紙面左側に配置されている。すなわち、この配置Ｃでは、入力側カプラ６の長手方向に対して第一の導波路６Ｄ１が配置されている側と、出力側カプラ７の長手方向に対して第一の導波路７Ｄ１が配置されている側とが同一である。入力側カプラ６と出力側カプラ７とは、紙面内で入力側カプラ６と出力側カプラ７との中間に長手方向に沿って引いた線に対して線対称移動してさらに１８０度回転すると重なるように配置されている。
【００６７】
図６Ｄの配置（以下、配置Ｄ）は、入力側カプラ６については配置Ａと同じであり、導波路長が長い第一の導波路６Ｄ１が、入力側カプラ６の長手方向に対して、紙面左側に配置されている。一方、出力側カプラ７について、出力側に第二の方向性結合器７ＤＣ２が配置され、第一および第二のアーム導波路８、９側に第一の方向性結合器７ＤＣ１が配置されている。また、第二の導波路７Ｄ２よりも導波路長が長い第一の導波路７Ｄ１が、出力側カプラ７の長手方向に対して、紙面右側に配置されている。すなわち、この配置Ｄでは、入力側カプラ６の長手方向に対して第一の導波路６Ｄ１が配置されている側と、出力側カプラ７の長手方向に対して第一の導波路７Ｄ１が配置されている側とが反対である。入力側カプラ６と出力側カプラ７とは紙面内で１８０度回転して平行移動すると重なるように配置されている。
【００６８】
図７は、配置Ａ〜Ｄを想定した場合の第一のＭＺＩ４の透過スペクトルの計算値をそれぞれ示す図である。図７に示すように、配置を変更すると、透過ピークや自由スペクトラルレンジ（ＦＳＲ）はわずかに変化する。しかしその変化は、これらを遅延復調デバイスに使用する場合には、各配置とも実質的に同じ特性を有するといえる程度の変化である。
【００６９】
しかしながら、実際の製造においては、５０％ＷＩＮＣである入力側および出力側カプラの特性には製造バラツキが生じる。特に１μｍ以下程度という微小な導波路長差ΔＬ（あるいはそれに対応する２π以下程度の微小な位相差）を正確に形成することは難しいので、ＰＬＣチップの製造に用いるウェハ面内での入力側および出力側カプラの位置や配置の向きによって、その特性が変動する。
【００７０】
そこで、本発明者らは、図６Ａ〜図６Ｄに示す出力側カプラ７のように配置を変えたカプラを並べて作製した。図８は、作製した出力側カプラ７の配置を示す図である。なお、出力側カプラ７の回路パラメータはいずれも表１の値とした。なお、作製の際には、図８の紙面上側がシリコンウェハのオリエンテーションフラット（ＯＦ）方向となるように、各出力側カプラ７を配置した。そして、作製した各出力側カプラ７に図８の「ＩＮ」の方向から光を入力し、「ＯＵＴ１」、「ＯＵＴ２」からの光の出力を測定して、結合率κを求めた。
【００７１】
図９は、作製した各配置の出力側カプラの結合率κの波長依存性の測定値を示す図である。なお、線ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ、ＬＤは、それぞれ配置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの出力側カプラ７の特性を示している。図９に示すように、配置Ａと配置Ｃでは、１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの波長帯域にわたって結合率κが、範囲Ｒが示す５０％±２％以内という平坦な波長特性が得られている。しかし、配置Ｂと配置Ｄでは波長特性に傾きが生じ、１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの波長帯域で結合率κが５０％±５％を超え、ＭＺＩに適応した場合に消光比が２０ｄＢ未満に劣化すると考えられる帯域が生じた。
【００７２】
配置Ａおよび配置Ｃの波長特性については、図４に示したように方向性結合器の結合率が±５％以内程度変動したものと考えられる。しかしながら、配置Ｂおよび配置Ｄの波長特性については、方向性結合器の結合率変動では説明がつかず、導波路の作製工程において、導波路のパターニングやクラッドへの埋め込みといった工程で生じる導波路間の位相差の製造誤差が原因と考えられ、更にはその製造誤差に方向性があることを意味していると考えられる。
【００７３】
このとき、配置Ｂと配置Ｄの向きで良好な特性が得られるように導波路長差ΔＬの設計値を補正することも可能と思われるが、この場合は配置Ａと配置Ｃの向きでは特性が劣化することになる。また、入力側カプラと出力側カプラの５０％ＷＩＮＣにそれぞれ異なる回路パラメータを適用することも考えられるが、向きが異なると製造バラツキの傾向が異なるので、実際に製造したものは特性が劣化するおそれがある。
【００７４】
本発明者らが以上のような鋭意検討を行った結果によれば、第一のＭＺＩ４において、図１または図６Ａのように、入力側カプラ６の長手方向に対して第一の導波路６Ｄ１が配置されている側と、出力側カプラ７の長手方向に対して第一の導波路７Ｄ１が配置されている側とを同一にすることによって、入力側カプラ６および出力側カプラ７の結合率が略同一で且つ広い波長帯域にわたって略５０％とすることができる。なお、第二のＭＺＩ５においても同様に、入力側カプラ１０の長手方向に対して第一の導波路が配置されている側と、出力側光カプラ１１の長手方向に対して第一の導波路が配置されている側とを同一にすることによって、入力側カプラ１０および出力側カプラ１１の結合率が略同一で且つ広い波長帯域にわたって略５０％とすることができる。
【００７５】
つぎに、本実施の形態１に係る遅延復調デバイス１０１の二つ目の特徴は、次の構成にある。
すなわち、タップカプラ８０は、２入力×２出力型５％波長無依存カプラ（５％ＷＩＮＣ）で構成されている。
【００７６】
タップカプラ８０は、第三の導波路と第四の導波路とで構成されている。第三の導波路と第四の導波路とは、長手方向の２箇所において、２本の導波路間でエバネッセント結合が起こる距離まで近接して平行に配置されている。これによって結合率が約５％の第三の方向性結合器と結合率が約１０％の第四の方向性結合器が形成され、ＭＺＩが構成されている。また、第三および第四の方向性結合器の間の領域（アーム部またはΔＬ部）において、第三の導波路は第四の導波路よりも導波路長（光路長）が約０．６５μｍだけ長くなっている。
【００７７】
タップカプラ８０は、上記のＷＩＮＣの構成によって、通常の方向性結合器と比較して結合率の波長依存性が低減されている。そのため、ＤＱＰＳＫ信号の入力光パワーのモニタ精度が向上する。
【００７８】
さらに、第三の導波路および第四の導波路は、第三および第四の方向性結合器の光結合が発生する部分において導波路幅が細くなっている。第三の導波路および第四の導波路は、第三および第四の方向性結合器に隣接する曲がり導波路部分においては、導波路幅が光入出力部に向かって徐々に広くなり、光入出力部と滑らかに接続している。
【００７９】
このように、第三および第四の方向性結合器の光結合が発生する部分において導波路幅を細くすることで、導波路間の結合が強くなるので、所望の結合率を得るための結合部長さを短くすることができる。これによってタップカプラ８０は長さが短くなり、小型化が可能になる。
【００８０】
タップカプラ８０の回路パラメータは、たとえば以下の表２に示す通りである。なお、導波路の高さは６μｍである。また、導波路におけるクラッドに対する導波路（コア）の比屈折率差Δはたとえば１．２％である。
【００８１】
【表２】
2013061431.tif 000008
【００８２】
本実施の形態１に係る遅延復調デバイス１０１の三つ目の特徴は、次の構成にある。
すなわち、遅延復調デバイス１０１は、第一のＭＺＩ４の第一および第二のアーム導波路８、９、および第二のＭＺＩ５の第一および第二のアーム導波路１２、１３の中央部に、四本のアーム導波路８、９、１２、１３の全てと交差するように設置された第一の１／２波長板４７を有し、四本のアーム導波路８、９、１２、１３は第一の１／２波長板４７が設けられた部分で近接している。
【００８３】
また、遅延復調デバイス１０１は、第一のＭＺＩ４の第一および第二のアーム導波路８、９、および第二のＭＺＩ５の第一および第二のアーム導波路１２、１３に、四本のアーム導波路８、９、１２、１３全てと交差するように設置された第二の１／２波長板７０を有し、四本のアーム導波路８、９、１２、１３は第二の１／２波長板７０が設けられた部分で近接している。
このように四本のアーム導波路８、９、１２、１３は第一および第二の１／２波長板４７、７０が設けられた部分で近接しているので、遅延復調デバイス１０１が小型になる。
【００８４】
遅延復調デバイス１０１の四つ目の特徴は、次の構成にある。
すなわち、平面光波回路１Ａ内において、ＭＺＩ４、５の各アーム導波路が同じ領域で重なるように配置されている。具体的には、第一のＭＺＩ４の第二のアーム導波路９と、第二のＭＺＩ５の第一のアーム導波路１２とが、平面光波回路１Ａ内において、最外郭である第一のＭＺＩ４によって囲まれている領域内で重なるように形成されている。
【００８５】
また、第一および第二の１／２波長板４７、７０が設けられた部分での導波路配置を、外側から、第一のＭＺＩ４の第一のアーム導波路８、第二のＭＺＩ５の第一のアーム導波路１２、第一のＭＺＩ４の第二のアーム導波路９、第二のＭＺＩ５の第二のアーム導波路１３の順としている。すなわち、第一のＭＺＩ４の第一および第二のアーム導波路８、９間に、第二のＭＺＩ５の第一のアーム導波路１２が配置されるようにしている。さらに、第一のＭＺＩ４の第二のアーム導波路９と第二のＭＺＩ５の第一のアーム導波路１２とが、第一および第二の１／２波長板４７、７０の両側にある２つの交差点６２、６４で交差している。交差角はたとえば６３度である。
このような構成により、最小限の交差点の数で第一および第二の１／２波長板４７、７０が設けられた部分での導波路間の距離を近づけることが可能になる。
【００８６】
なお、上述したように、各交差点６２、６４では、第一のＭＺＩ４の第二のアーム導波路９と第二のＭＺＩ５の第一のアーム導波路１２とが交差しているが、各アーム導波路をそれぞれ伝搬する光（ＤＱＰＳＫ信号）は、各交差点６２、６４を通った後も、そのまま同じアーム導波路を伝搬していく。例えば、第一のアーム導波路９を伝搬するＤＱＰＳＫ信号は、交差点６２を通った後もそのまま同じ第一のアーム導波路９を伝搬していく。
【００８７】
遅延復調デバイス１０１の五つ目の特徴は、次の構成にある。
すなわち、第一のＭＺＩ４の短い方のアーム導波路である第二のアーム導波路９の光路長ｌ１と、第二のＭＺＩ５の短い方のアーム導波路である第二のアーム導波路１３の光路長ｌ２とが互いに異なり、かつ、Ｙ分岐導波路３から第一のＭＺＩ４の第二のアーム導波路９を経て第一のＭＺＩ４の出力側（光出力導波路２１、２２の出力ポートＰout１、Ｐout２）に至るまでの各光路長ｌ２１、ｌ２２と、Ｙ分岐導波路３から第二のＭＺＩ５の第二のアーム導波路１３を経て第二のＭＺＩ５の出力側（光出力導波路２１、２２の出力ポートＰout３、Ｐout４）に至るまでの光路長ｌ２３、ｌ２４とを全て略等しくしている。
【００８８】
具体的には、光信号が、Ｙ分岐導波路３から４つの出力端（出力ポートＰout１〜Ｐout４）に至るまでの４つの経路の各光路長は次の通りである。
Ｙ分岐導波路３から導波路１４、第一のＭＺＩ４の入力側カプラ６、第二のアーム導波路９、出力側カプラ７、および光出力導波路２１を経て出力ポートＰout１に至るまでの光路長はｌ２１である。
Ｙ分岐導波路３から導波路１４、第一のＭＺＩ４の入力側カプラ６、第二のアーム導波路９、出力側カプラ７、および光出力導波路２２を経て出力ポートＰout２に至るまでの光路長はｌ２２である。
Ｙ分岐導波路３から導波路１５、第二のＭＺＩ５の入力側カプラ１０、第二のアーム導波路１３、出力側カプラ１１、および光出力導波路２３を経て出力ポートＰout３に至るまでの光路長はｌ２３である。
そして、Ｙ分岐導波路３から導波路１５、第二のＭＺＩ５の入力側カプラ１０、第二のアーム導波路１３、出力側カプラ１１、および光出力導波路２４を経て出力ポートＰout４に至るまでの光路長がｌ２４である。
上記五つ目の特徴は、換言すると、第一のＭＺＩ４の短い方の第二のアーム導波路９の光路長ｌ１と、第二のＭＺＩ５の短い方の第二のアーム導波路１３の光路長ｌ２とが互いに異なり、かつ、上記４つの光路長ｌ２１〜ｌ２４をすべて等しくしている点にある。
【００８９】
本実施の形態１においては、上記五つ目の特徴を実現するため、第二のアーム導波路９の光路長ｌ１を第一のアーム導波路１３の光路長ｌ２よりも長くし、光出力導波路２１〜２４の光路長を全て等しくし、かつ、導波路１５を導波路１４よりも（ｌ１−ｌ２）だけ長く形成している。
【００９０】
この際、導波路１５および導波路１４をそれぞれ曲げ導波路を含むＵターン形状の導波路とし、導波路１５が導波路１４の外側を回るように配置することで、導波路１４、１５を狭い領域で容易に長さ調整ができるようにしている。
【００９１】
ここで、Ｕターン形状の導波路１４、１５について具体的に説明する。
光入力導波路２の入力端は、平面視で長方形のＰＬＣチップ１Ｂの長辺の一つ（紙面上側の長辺）をなす端面１ｂに設けられている。この光入力導波路２は、入力ポートから、ＰＬＣチップ１Ｂの左側の短辺をなす端面の近傍に沿って途中まで真っ直ぐに延び、Ｙ分岐導波路３の入力端に接続されている。Ｙ分岐導波路３の一方の出力端に接続された導波路１４は、曲がり角度が略１８０度の曲げ導波路からなるＵターン形状の導波路であり、Ｙ分岐導波路３と入力側カプラ６とを接続している。
【００９２】
一方、Ｙ分岐導波路３の他方の出力端に接続された導波路１５は、導波路１４よりも外側、つまり、端面１ｂに対向する端面１ａに近い側を回るように配置されたＵターン形状の導波路である。このＵターン形状の導波路１５は、曲がり角度が略９０度の曲げ導波路と、直線導波路と、曲がり角度が略９０度の曲げ導波路とからなり、Ｙ分岐導波路３と入力側カプラ１０とを接続している。
このように導波路１５および導波路１４をＵターン形状の導波路としたことで、狭い領域で容易に長さ調整が可能になる。
【００９３】
なお、図１に示す本実施の形態１では、導波路１５が導波路１４の外側を回るように配置されているが、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、導波路１４、１５に付与すべき長さの差の値によっては、Ｙ分岐導波路３で分岐されてから途中までは導波路１４が導波路１５の外側を回り、導波路１４と導波路１５とが途中で交差して、導波路１４、１５が入力側カプラ６、１０のそれぞれに接続する構成でも良い。
【００９４】
なお、遅延復調デバイス１０１は、次のようにして作製することができる。
図１０は、図１のＸ−Ｘ線断面図である。まず、火炎堆積（Flame  Hydrolysis  Deposition：ＦＨＤ）法により、シリコン等からなるウェハ上に、下部クラッド層およびコア層となるシリカ材料（ＳｉＯ２系のガラス粒子）を順次堆積し、堆積層を加熱して溶融透明化する。つぎに、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングとを用いてコア層を所望の導波路パターンに形成する。つぎに、再びＦＨＤ法により、導波路パターンの上部および側部を覆うように上側部クラッド層を形成する。その後、後述するヒータ等を形成し、素子分離を行うことによって、図１０に示すように、ウェハの一部であるＰＬＣ基板３０上に、下部クラッド層および上側部クラッド層からなるクラッド層３１と、このクラッド層３１内に形成されたコア部としてのアーム導波路８、１２と、ヒータＡ、Ｅとを備える遅延復調デバイス１０１を製造できる。なお、ＰＬＣ基板３０は、図１に示すように、長方形の平面形状を有しているが、正方形や他の形状であっても良い。
【００９５】
遅延復調デバイス１０１の別の特徴は、次の構成にある。
すなわち、この遅延復調デバイス１０１では、第一のＭＺＩ４の第一および第二のアーム導波路８、９の中央部と、第二のＭＺＩ５の第一および第二のアーム導波路１２、１３の中央部とに、偏波乖離量（Polarization  Dependent  Frequency  shift：ＰＤＦ）を低減させるために、各アーム導波路の屈折率主軸に対してその主軸が４５度傾いた第一の１／２波長板４７が挿入されている。また、第一のＭＺＩ４と第二のＭＺＩ５は、ＰＬＣ基板３０上で、第一の１／２波長板４７の挿入部に関して略左右対称に形成されている。
【００９６】
さらに、この遅延復調デバイス１０１では、第一のＭＺＩ４の第一および第二のアーム導波路８、９の中央部および第二のＭＺＩ５の第一および第二のアーム導波路１２、１３の中央部から出力側に２００μｍ移動した位置に、各アーム導波路の屈折率主軸に対してその主軸が平行もしくは水平である第二の１／２波長板７０が挿入されている。
【００９７】
この第一および第二の１／２波長板４７、７０を用いることで、特許文献３に記載されているように、ＭＺＩを構成するカプラで偏波変換が発生した場合でも、偏波変換光の干渉条件が偏波変換されない通常光の干渉条件と同一となるため、ＰＤＦの劣化を抑制することができる。なお、ＰＤＦとは、光干渉計によって生じた透過特性の周波数のピークが、光導波路を伝搬する光の２つの偏波状態（ＴＭ波とＴＥ波）の間で差が生じる現象のことである。
【００９８】
図１１は、図１のＹ−Ｙ線断面図である。図１１に示すように、クラッド層３１には溝４９、７１が形成されている。そして、第一および第二の１／２波長板４７、７０は、それぞれ溝４９、７１に挿入される。溝４９、７１は、第一および第二のＭＺＩ４、５のアーム導波路に垂直な面に対して、アーム導波路の長手方向側に約８度傾斜した溝になっている。その結果、第一および第二の１／２波長板４７、７０が溝４９、７１に挿入されると、第一および第二の１／２波長板４７、７０もアーム導波路に垂直な面に対して約８度傾斜するので、第一および第二の１／２波長板４７、７０の表面反射による光損失が抑制される。
また、この遅延復調デバイス１０１では、図１に示すように、第一のＭＺＩ４の第一および第二のアーム導波路８、９の中央部は、互いに平行に延びかつ近接しており、かつ第二のＭＺＩ５の第一および第二のアーム導波路１２、１３の中央部は、互いに平行に延びかつ近接している。
【００９９】
なお、第一および第二のアーム導波路８、９の中央部および第一および第二のアーム導波路１２、１３の中央部にあっては、１／２波長板４７、７０が挿入される部分の導波路幅がやや太くなっており、これによって回折損失を抑制している。
また、第二の１／２波長板７０の配置位置は、図１に示すような第一の１／２波長板４７の近くの位置に限らないが、第一の１／２波長板４７が配置される各アーム導波路８、９、１２、１３の導波路幅を太くした部分において、第二の１／２波長板７０を第一の１／２波長板４７の近くに配置するのが好ましい。
【０１００】
遅延復調デバイス１０１の別の特徴は、次の構成にある。
図１に示すように、２つの光出力導波路２１、２２の出力端（出力ポートＰout１、Ｐout２）および２つの光出力導波路２３、２４の出力端（出力ポーＰout３、Ｐout４）は、ＰＬＣチップ１Ｂの同じ端面１ａに開口している。つまり、４つの光出力導波路２１〜２４の出力端である出力ポートＰout１〜Ｐout４は、ＰＬＣチップ１Ｂの４辺の一つである同じ端面１ａにおいて、互いに近接した位置に開口している。
一方、光入力導波路２の入力端は、ＰＬＣチップ１Ｂの端面１ａに対向する端面１ｂに設けられている。
【０１０１】
また、この遅延復調デバイス１０１では、第一のＭＺＩ４の第一および第二のアーム導波路８、９上、および第二のＭＺＩ５の第一および第二のアーム導波路１２、１３上に、ヒータがそれぞれ形成されている。
すなわち、第一のアーム導波路８上には、その中央部の両側にヒータＡ、Ｃが形成され、第二のアーム導波路９上には、その中央部の両側にヒータＢ、Ｄが形成されている。一方、第一のアーム導波路１２上には、その中央部の両側にヒータＥ、Ｇが形成され、第二のアーム導波路１３上には、その中央部の両側にヒータＦ、Ｈが形成されている。各ヒータＡ〜Ｈは、対応するアーム導波路の上方にあって、図１０に示すように、クラッド層３１上にスパッタにより形成されたＴａ系の薄膜ヒータである。
【０１０２】
図１２は、遅延復調デバイス１０１の透過特性を示す図である。この遅延復調デバイス１０１では、各光出力導波路２１、２２の出力端が、互いに位相がπだけずれた出力特性（図１２の線Ｌ３１、Ｌ３２）で出力１、２の光信号（強度変調された光信号）をそれぞれ出力する出力ポートＰout１、Ｐout２になっている。一方、各光出力導波路２３、２４の出力端が、互いに位相がπだけずれた出力特性（図１２の線Ｌ３３、Ｌ３４）で出力３、４の光信号をそれぞれ出力する出力ポートＰout３、Ｐout４になっている。
【０１０３】
上記構成を有する遅延復調デバイス１０１では、第一のＭＺＩ４にあっては、光ファイバ伝送路５４から光受信器５０に送られるＤＱＰＳＫ信号がＹ分岐導波路３で分岐され、その分岐されたＤＱＰＳＫ信号が、第一のＭＺＩ４の長さの異なる第一および第二のアーム導波路８、９を伝搬する。第一のＭＺＩ４は、第一のアーム導波路８を伝搬するＤＱＰＳＫ信号の位相を第二のアーム導波路９を伝搬する光信号の位相に対してシンボルレートの１ビットに相当する遅延量＋１／４πだけ遅延させるようになっている。同様に、第二のＭＺＩ５は、第一のアーム導波路１２を伝搬するＤＱＰＳＫ信号の位相を第二のアーム導波路１３を伝搬する光信号の位相に対してシンボルレートの１ビットに相当する遅延量−１／４πだけ遅延させるようになっている。
遅延復調デバイス１０１では、第一のＭＺＩ４上のヒータＡまたはヒータＤ、第二のＭＺＩ５上のヒータＥまたはヒータＨを駆動させて、ＰＤＦの調整や、第一および第二のＭＺＩ４、５の位相差がπ／２になるような位相調整（位相トリミング）を行う。このように、第一および第二のＭＺＩ４、５の９０度の位相差は、ヒータ等の位相調整手段を用いた位相調整によって実現されてもよい。
【０１０４】
（実施例）
つぎに、シリコン基板上に、図１に示す構成の４０ＧｂｐｓＤＱＰＳＫ用遅延復調デバイスを作製した。なお、平面光波回路の作製は、ＦＨＤ法、フォトリソグラフィ、および反応性イオンエッチングにより行った。また、図１の紙面上方向をシリコン基板のオリエンテーションフラット（ＯＦ）方向に向けて作製した。したがって、本実施例の遅延復調デバイスの各カプラは、シリコン基板上で図８の配置Ａと同じ向きに配置されていることとなる。
【０１０５】
また、第一のＭＺＩの第一および第二のアーム導波路、ならびに第二のＭＺＩの第一および第二のアーム導波路の計４本のアーム導波路は、１／２波長板を挿入する部分において互いに４０μｍの等間隔に近接させて配置した。さらに、クラッド層にダイシングによって溝を形成し、形成した溝に第一および第二の１／２波長板を挿入した。
【０１０６】
また、１／２波長板を本実施例の遅延復調デバイスに挿入する際は、１／２波長板を元の長さの半分の２ｍｍにカットした上で、各１／２波長板の中央の領域が４本のアーム導波路の長さ方向の略中央に挿入されるようにした。
【０１０７】
作製した遅延復調デバイスでは、クラッド層の屈折率と導波路のコアの屈折率との差（比屈折率差Δ）を１．２％としており、回路サイズ（ＰＬＣチップのサイズ）が１３ｍｍ×１６．５ｍｍと小型化が実現された。また、ＦＳＲは２３ＧＨｚとした。また、第一および第二のＭＺＩのいずれかのヒータを駆動させてＰＤＦを調整した。この調整後、第一および第二のＭＺＩのいずれかのヒータを駆動させて、第一および第二のＭＺＩの位相差がπ／２になるように、位相調整（位相トリミング）を行った。つまり、この位相調整により、第一および第二のＭＺＩに、９０度位相がずれた干渉特性を持たせた。
また、第一および第二のＭＺＩの両方で良好なＰＤＦ特性が得られるように、１／２波長板を選定して使用した。
【０１０８】
その後、光信号が入力される光入力導波路の端部のあるＰＬＣチップの端面に１つの光ファイバを有するファイバブロックを接続し、出力１〜出力４の光信号がそれぞれ出力される光出力導波路の各端部（出力ポート）のあるＰＬＣチップの端面に４つの光ファイバが整列したファイバアレイを接続して、パッケージングを行った。また、遅延復調デバイスの温度調整機構には、ペルチェ素子とサーミスタを用いた。このようにして遅延復調デバイスを含む遅延復調モジュールを作製した。
【０１０９】
作製した遅延復調モジュールについて、波長多重光通信に通常用いられる１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの波長帯域にて、透過スペクトル、ＰＤＦを評価した。図１３は、本実施例の遅延復調デバイスの出力ポート１、２（図１の出力ポートＰout１、Ｐout２に相当）の１５２５ｎｍ付近（図１３（ａ））、１５７０ｎｍ付近（図１３（ｂ））、１６１０ｎｍ付近（図１３（ｃ））での透過スペクトルを示す図である。
【０１１０】
また、比較例として、実施例の遅延復調デバイスの光カプラを通常の方向性結合器に置き換えた構成の遅延復調デバイスを作製し、これを含む遅延復調モジュールを作製した。図１４は、比較例の遅延復調デバイスの出力ポート１、２（図１の出力ポートＰout１、Ｐout２に相当）の１５２５ｎｍ付近（図１４（ａ））、１５７０ｎｍ付近（図１４（ｂ））、１６１０ｎｍ付近（図１４（ｃ））での透過スペクトルを示す図である。
【０１１１】
図１３、１４に示すように、通常の方向性結合器を用いた比較例では、方向性結合器の結合率を約５０％とした１５７０ｎｍ付近から波長が離れるに従って出力１（第一のＭＺＩのスルーポート）の消光比（透過率の最大値−最小値の差）が大きく劣化した。その理由は、一般にＭＺＩの消光比はカプラの結合率が５０％に設定した波長で最大となり、設定波長から離れるにしたがって結合率が５０％からずれるため、それとともに消光比も劣化するためである。これに対し、本実施例のようにＷＩＮＣであるカプラを用いた場合は、いずれの波長においても２０ｄＢ以上の高い消光比が得られた。
【０１１２】
図１５は、１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの波長帯域における、実施例の遅延復調デバイスの各ＭＺＩのＰＤＦの測定結果を示す図である。なお、ＭＺＩ１は第一のＭＺＩを示し、ＭＺＩ２は第二のＭＺＩを示している。図１５に示すように、いずれのＭＺＩのＰＤＦも、全帯域で０．２ＧＨｚ以下であり、良好な特性が得られた。
以上の結果から、遅延復調デバイスのＭＺＩの入力側カプラおよび出力側カプラとしてＷＩＮＣを用いることにより、２０ｄＢ以上の高い消光比で使用できる波長帯域を拡大できることが確認できた。
【０１１３】
＜光カプラの配置が結合効率に与える影響の評価＞
次に、ＷＩＮＣである光カプラの配置によるＭＺＩの特性の違いを確認するために、図６Ａ〜図６Ｄに示す配置Ａ〜配置ＤのＭＺＩを作製し、その透過スペクトルを測定した。
【０１１４】
図１６Ａは、図６Ａに示す配置ＡのＭＺＩの出力ポート１、２（スルーポート、クロスポート）の１５２０ｎｍ付近（図１６Ａ（ａ））、１５７０ｎｍ付近（図１６Ａ（ｂ））、１６１０ｎｍ付近（図１６Ａ（ｃ））での透過スペクトルを示す図である。図１６Ｂは、図６Ｂに示す配置ＢのＭＺＩの出力ポート１、２（スルーポート、クロスポート）の１５２０ｎｍ付近（図１６Ｂ（ａ））、１５７０ｎｍ付近（図１６Ｂ（ｂ））、１６１０ｎｍ付近（図１６Ｂ（ｃ））での透過スペクトルを示す図である。図１６Ｃは、図６Ｃに示す配置ＣのＭＺＩの出力ポート１、２（スルーポート、クロスポート）の１５２０ｎｍ付近（図１６Ｃ（ａ））、１５７０ｎｍ付近（図１６Ｃ（ｂ））、１６１０ｎｍ付近（図１６Ｃ（ｃ））での透過スペクトルを示す図である。図１６Ｄは、図６Ｄに示す配置ＤのＭＺＩの出力ポート１、２（スルーポート、クロスポート）の１５２０ｎｍ付近（図１６Ｄ（ａ））、１５７０ｎｍ付近（図１６Ｄ（ｂ））、１６１０ｎｍ付近（図１６Ｄ（ｃ））での透過スペクトルを示す図である。
【０１１５】
図１６Ａ、１６Ｃに示すように、配置Ａと配置Ｃでは、いずれの波長においても２０ｄＢ以上の高い消光比が得られた。一方、図１６Ｂ、１６Ｄに示すように、配置Ｂと配置Ｄでは、消光比が２０ｄＢ未満に劣化する波長があった。
この結果から、配置Ａ、Ｃのように、入力側カプラの長手方向に対して、導波路長が長い第一の導波路が配置されている側と、出力側カプラの長手方向に対して、導波路長が長い第一の導波路が配置されている側とを同一とすることにより、使用波長帯域を拡大できることが確認できた。
【０１１６】
＜導波路の交差による損失の見積もり＞
上述したように、実施の形態１および実施例では、２つのアーム導波路が交差し、２つのアーム導波路をそれぞれ伝搬する光（ＤＱＰＳＫ信号）はその交差点を通った後もそのまま同じアーム導波路を伝搬していくが、その際に損失が発生する。そこで、導波路の交差による損失を見積もるため、実施例の遅延復調デバイスと同じ導波路（導波路のサイズが６μｍ×６μｍ、Δ＝１．２％）を用い、種々の交差角を有するテスト用の交差導波路を作製してその挿入損失を測定し、交差角と交差点１点あたりの交差損失との関係を求めた。図１７は、交差角と交差損失との関係を示す図である。図１７から分かるように、交差点での交差角が略３５度以上なら、交差損失が０．１ｄＢ以下なので、そのまま同じ導波路を略損失なく伝搬しているとみなせる。
【０１１７】
つぎに、図１７の結果と、実施例の各アーム導波路の交差点（図１の交差点６２、６４に相当）における交差角を６３度として、各アーム導波路の交差による損失を求めた結果を表３に示す。なお、交差点は、図１の符号を用いて表している。表３に示すように、各交差点での交差損失はわずかに０．０４ｄＢであるので、交差するアーム導波路（符号９、１２）で交差によって生じる損失も０．０８ｄＢときわめて小さい値である。
【０１１８】
【表３】
2013061431.tif 000009
【０１１９】
比較のため、特許文献１に開示された従来の遅延復調デバイスにおける、交差による損失を求めた結果を表４に示す。図２１は従来の遅延復調デバイスの概略構成を示す平面図である。なお、この遅延復調デバイス１０００では、実施の形態１の遅延復調デバイス１０１の要素に対応する要素には同一の符号を付している。また、この遅延復調デバイス１０００は、遅延復調デバイス１０１と比較して、さらに交差点６１、６３、６５、６６、６７、６８を有している。表３、４から、本実施の形態１に係る遅延復調デバイス１０１では、遅延復調デバイス１０００よりも、導波路の交差点を大幅に減少させることができ、結果として各アーム導波路での交差損失が低減できている。
【０１２０】
【表４】
2013061431.tif 000010
【０１２１】
＜アーム導波路の間隔とＰＤＦとの関係の評価＞
つぎに、１／２波長板が挿入される部分（１／２波長板挿入部）におけるアーム導波路の間隔とＰＤＦとの関係を評価するために、第一のＭＺＩの第一および第二のアーム導波路、および第二のＭＺＩの第一および第二のアーム導波路の計４本のアーム導波路の１／２波長板挿入部における間隔を３０μｍ、４０μｍ、６０μｍ、８０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、５００μｍとして、図１に示す構成の遅延復調デバイスを作製し、作製した遅延復調デバイスのＰＤＦを評価した。なお、いずれの遅延復調デバイスについても、２つの１／２波長板の中央の領域が４本のアーム導波路の長さ方向の略中央に挿入されるようにした。
【０１２２】
図１８は、導波路間隔とＰＤＦとの関係を示す図である。図１８に示すように、導波路間隔が広がるほどＰＤＦが劣化し、特に３００μｍ以上では０．３ＧＨｚ以上となってしまうことが分かる。また、図１８から、遅延復調デバイス１０１では、アーム導波路８、９、１２、１３の中央部の導波路間隔、特に１／２波長板４７、７０が挿入される１／２波長板挿入部での導波路間隔を、３０μｍ〜１００μｍの等間隔にするのが好ましい。各導波路間隔をこのような近接した間隔に設定することで、１／２波長板の偏波変換効率の位置依存性の影響が抑制され、ＰＤＦを０．２ＧＨｚ以下に低減することができる。
【０１２３】
ちなみに、図２２は、図２１に示す従来の遅延復調デバイス１０００において、１／２波長板４７の偏波変換効率の位置依存性により、第一および第二のＭＺＩ４、５のＰＤＦに差が生じたときのＰＤＦの波長依存性を示す図である。ＭＺＩ１は第一のＭＺＩ４を示し、ＭＺＩ２は第二のＭＺＩ５を示している。
【０１２４】
以上の構成を有する実施の形態１によれば、以下のような作用効果を奏する。
第一のＭＺＩ４の第一および第二のアーム導波路８、９、ならびに第二のＭＺＩ５の第一および第二のアーム導波路１２、１３の中央部に、四本のアーム導波路８、９、１２、１３の全てと交差するように設置された第一の１／２波長板４７を有し、四本のアーム導波路８、９、１２、１３は第一の１／２波長板４７が挿入された部分で近接している。
この構成により、四本全てのアーム導波路８、９、１２、１３が第一の１／２波長板４７の狭い領域のみを通過することになるため、第一の１／２波長板４７の偏波変換効率の位置依存性の影響を受けにくくなり、第一および第二のＭＺＩ４、５の両方で良好な特性を実現しやすくなる。また、低コスト化を図れる。
【０１２５】
すなわち、（１）四本全てのアーム導波路が１／２波長板の狭い領域のみを通過することになるため、波長板の偏波変換効率の位置依存性の影響を抑制でき、偏波依存性を低減することができる。つまり、第一および第二のＭＺＩ４、５の２つのアーム導波路と交差する位置での第一の１／２波長板４７の偏波変換効率の位置依存性の影響と、第一のＭＺＩ４の２つのアーム導波路の位置と、第二のＭＺＩ５の２つのアーム導波路の位置との間での波長板の偏波変換効率の位置依存性の影響との両方を抑制することができる。これにより、偏波依存性を低減することができる。（２）また、第一および第二のＭＺＩ４、５の両方に対して、第一の１／２波長板４７の良好な部分を使用できるので、第一および第二のＭＺＩ４、５の両方で同時に良好な特性を得ることができる。（３）サイズの小さい第一の１／２波長板４７が使用可能になり、低コスト化を図れる。
同様に、第一のＭＺＩ４の第一および第二のアーム導波路８、９、および第二のＭＺＩ５の第一および第二のアーム導波路１２、１３に、四本のアーム導波路全てと交差するように設置された第二の１／２波長板７０を有し、四本のアーム導波路は第二の１／２波長板７０が挿入された部分で近接している。この構成により、四本全てのアーム導波路８、９、１２、１３が第二の１／２波長板７０の偏波変換効率の位置依存性の影響を受けにくくなり、第一および第二のＭＺＩ４、５の両方で良好な特性を実現しやすくなる。また、低コスト化を図れる。
【０１２６】
平面光波回路１Ａ内において、第一および第二のＭＺＩ４、５の各アーム導波路が同じ領域で重なるように配置し、第一のＭＺＩ４の第二のアーム導波路９と第二のＭＺＩ５の第一のアーム導波路１２とが第一および第二の波長板４７、７０の両側、つまり交差点６２、６４で交差している。そして、１／２波長板挿入部分での導波路配置を、第一のＭＺＩ４の第一のアーム導波路８、第二のＭＺＩ５の第一のアーム導波路１２、第一のＭＺＩ４の第二のアーム導波路９、第二のＭＺＩ５の第二のアーム導波路１３の順というように、一方のＭＺＩのアーム導波路間に他方のＭＺＩのアーム導波路を配置しているので、最小限の交差点の数で１／２波長板挿入部の導波路間隔を近づけることができ、低損失で低ＰＤＦの特性が得られる。
【０１２７】
第一のＭＺＩ４の短い方の第二のアーム導波路９の光路長ｌ１と、第二のＭＺＩ５の短い方の第二のアーム導波路１３の光路長ｌ２が互いに異なり、かつ、Ｙ分岐導波路３から第一のＭＺＩ４の第二のアーム導波路９を経て第一のＭＺＩ４の出力側（光出力導波路２１、２２の出力ポートＰout１、Ｐout２）に至るまでの各光路長ｌ２１、ｌ２２と、Ｙ分岐導波路３から第二のＭＺＩ５の短い方の第二のアーム導波路１３を経て第二のＭＺＩ５の出力側（光出力導波路２３、２４の出力ポートＰout３、Ｐout４）に至るまでの光路長ｌ２３、ｌ２４とを全て略等しくしている。このため、設計の自由度が高くなり、第二のアーム導波路９と第二のアーム導波路１３を等しい光路長で形成する場合と比較して少ない交差でコンパクトな配置が可能になる。
【０１２８】
ＰＬＣチップ１Ｂの小型化を実現しているので、平面光波回路１Ａ面内の温度分布の均一性が良くなり、環境温度変動による波長特性の中心波長のシフトを極めて小さくすることができる。
また、ＰＬＣチップ１Ｂの小型化を実現しているので、複屈折の原因となるＰＬＣチップ１Ｂ面内の応力分布が低減され、環境温度変動による波長特性の中心波長のシフトを極めて小さくすることができる。これにより、環境温度変動に対する波長特性の波長シフトがほとんど無く、初期のＰＤＦを小さくした遅延復調デバイスが得られる。
さらに、ＰＬＣチップ１Ｂが小型化されることで、遅延復調デバイス１０１を用いた遅延復調モジュールの小型化や低消費電力化も実現できる。
【０１２９】
第一のＭＺＩ４と第二のＭＺＩ５は、ＰＬＣ基板３０上に、左右対称に形成されているので、ＰＬＣチップ１Ｂの更なる小型化とＰＤＦの更なる低減とを図れる。
第一および第二のＭＺＩ４、５の各々の２つのアーム導波路上に、ヒータＡ〜Ｈが形成されているので、第一および第二のＭＺＩ４、５のいずれかのヒータを駆動させてＰＤＦを調整することができる。また、この調整後、第一および第二のＭＺＩ４、５のいずれかのヒータを駆動させて、２つのＭＺＩの位相差がπ／２になるように、位相調整（位相トリミング）を行うことができる。
【０１３０】
（実施の形態２）
図１９は、実施の形態２に係るＰＬＣ型復調用遅延回路（遅延復調デバイス）の概略構成を示す平面図である。図１９に示すように、実施の形態２に係る遅延復調デバイス１０２は、実施の形態１に係る遅延復調デバイス１０１とは、出力側カプラ７、１１の配置が異なり、その他の点は遅延復調デバイス１０１と同様である。
【０１３１】
すなわち、遅延復調デバイス１０２では、出力側カプラ７の配置について、図６Ｃの配置Ｃのように、第一および第二のアーム導波路８、９側に方向性結合器７ＤＣ１が配置されている。また、光路長が長い第一の導波路７Ｄ１が、出力側カプラ７の長手方向に対して、紙面左側に配置されている。すなわち、入力側カプラ６の長手方向に対して第一の導波路６Ｄ１が配置されている側と、出力側カプラ７の長手方向に対して第一の導波路７Ｄ１が配置されている側とが同一である。入力側カプラ６と出力側カプラ７とは、紙面内で入力側カプラ６と出力側カプラ７との中間に長手方向に沿って引いた線に対して線対称移動してさらに１８０度回転すると重なるように配置されている。また、出力側カプラ１１の配置についても、第一および第二のアーム導波路１２、１３側に方向性結合器１１ＤＣ１が配置されている。また、光路長が長い第一の導波路１１Ｄ１が、出力側カプラ１１の長手方向に対して、紙面左側に配置されている。すなわち、入力側カプラ１０の長手方向に対して第一の導波路１０Ｄ１が配置されている側と、出力側カプラ１１の長手方向に対して第一の導波路１１Ｄ１が配置されている側とが同一である。入力側カプラ１０と出力側カプラ１１とは、紙面内で入力側カプラ１０と出力側カプラ１１との中間に長手方向に沿って引いた線に対して線対称移動してさらに１８０度回転すると重なるように配置されている。
【０１３２】
本実施の形態２に係る遅延復調デバイス１０２においても、入力側カプラ６、１０、出力側カプラ７、１１のいずれも、図８の配置Ａ、Ｃのように、１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍにわたって結合率κが５０％±２％以内という平坦な波長特性が得られる。その結果、遅延復調デバイス１０２は１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの広い波長帯域にわたって消光比が２０ｄＢ以上に高い良好な特性を実現できる。
【０１３３】
（実施の形態３）
図２０は、実施の形態３に係るＰＬＣ型復調用遅延回路（遅延復調デバイス）の概略構成を示す平面図である。図２０に示すように、実施の形態３に係る遅延復調デバイス１０３は、実施の形態２に係る遅延復調デバイス１０２において、タップカプラ８０、入力側カプラ６、１０、出力側カプラ７、１１を、それぞれタップカプラ８０Ａ、入力側カプラ６Ａ、１０Ａ、出力側カプラ７Ａ、１１Ａに置き換えたものであり、その他の点は遅延復調デバイス１０２と同様である。
【０１３４】
入力側カプラ６Ａ、１０Ａ、出力側カプラ７Ａ、１１Ａが、たとえば表５に示す回路パラメータを有する５０％ＷＩＮＣであって、ＤＣ結合部において導波路幅が細くなっていない点が入力側カプラ６、１０、出力側カプラ７、１１とは異なる。また、タップカプラ８０Ａは、たとえば表６に示す回路パラメータを有する５％ＷＩＮＣであって、ＤＣ結合部において導波路幅が細くなっていない点がタップカプラ８０とは異なる。
【０１３５】
【表５】
2013061431.tif 000011
【０１３６】
【表６】
2013061431.tif 000012
【０１３７】
タップカプラ８０Ａ、入力側カプラ６Ａ、１０Ａ、出力側カプラ７Ａ、１１Ａを構成するＤＣ結合部は導波路幅が細くなっていないために長さが長い。その結果、図２０に示す遅延復調デバイス１０３は、図１に示す遅延復調デバイス１０１と比べると、紙面縦方向のサイズがたとえば約２．５ｍｍ大きくなる。しかしながら、タップカプラ８０Ａ、入力側カプラ６Ａ、１０Ａ、出力側カプラ７Ａ、１１Ａは、ＤＣ結合部の導波路幅を細くしていないため、細くした部分での光の放射損失の発生が無い。その結果、遅延復調デバイス１０３は、遅延復調デバイス１０１と比べて挿入損失がたとえば０．２ｄＢ小さくできる。
なお、遅延復調デバイス１０３のその他の特性については、遅延復調デバイス１０１と同様である。
【０１３８】
上記各実施の形態では、入力側カプラの長手方向に対して第一の導波路が配置されている側と、出力側カプラの長手方向に対して第一の導波路が配置されている側とを同一の紙面左側としているが、同一の側であれば、紙面右側としてもよい。この場合、紙面右側に同一としたときに広い波長範囲にわたって結合率が５０％±５％の特性が得られるように、入力側カプラおよび出力側カプラの回路パラメータ（特にΔＬ）を調整し、結合率を補正すればよい。
結合率補正方法の一例として、表５に示すパラメータを元に、ΔＬを変化させたときのＷＩＮＣの結合率の変化を図２３に示す。図２３において、範囲Ｒは結合率が５０％±５％の範囲である。線Ｌ４１は、ΔＬが表５のとおり０．３６μｍの場合の特性を示している。線Ｌ４２は、ΔＬが（０．３６−０．０３）μｍの場合の特性を示している。線Ｌ４３は、ΔＬが（０．３６＋０．０３）μｍの場合の特性を示している。
図２３より、ΔＬを変化させると結合率の波長に対する傾きが変化する。したがって、例えば結合率の実測値が、長波長側が下がるように傾いていたら、ΔＬを増大させるといったように、測定した結合率の傾きに応じてΔＬを調整することで、結合率の傾きの補正が可能である。
【０１３９】
また、たとえば、上記各実施の形態では、第１および第２のＭＺＩにおいて、各入力側カプラの長手方向に対して第一の導波路が配置されている側と、各出力側カプラの長手方向に対して第一の導波路が配置されている側とを、すべて紙面左側としている。すなわち、４つの入力側カプラおよび出力側カプラについて、第一の導波路が配置されている側がすべて同じである。しかしながら、本発明はこれに限らず、たとえば、第１のＭＺＩにおいて、入力側カプラの長手方向に対して第一の導波路が配置されている側と、出力側カプラの長手方向に対して第一の導波路が配置されている側とを紙面左側とし、かつ、第２のＭＺＩにおいては、入力側カプラの長手方向に対して第一の導波路が配置されている側と、出力側カプラの長手方向に対して第一の導波路が配置されている側とを紙面右側としてもよい。すなわち、本発明では、同一の光干渉計内の入力側カプラおよび出力側カプラについては、第一の導波路が配置されている側を同じとするが、異なる光干渉計間では、カプラの第一の導波路が配置されている側が互いに異なっていてもよい。
【０１４０】
また、上記各実施の形態におけるＷＩＮＣの回路パラメータは一例であって、所望の結合効率が得られるように適宜変更可能である。
【０１４１】
また、上記各実施の形態において、タップカプラ８０、８０Ａは、入力信号光の強度モニタが不要であれば、省略可能である。
【０１４２】
また、上記各実施の形態１、２では、入力側カプラ、出力側カプラおよびタップカプラのいずれも、第一および第二の方向性結合器（または第三および第四の方向性結合器）の両方の光結合が発生する部分において導波路幅が細くなっているが、第一の方向性結合器および第二の方向性結合器の一方（または第三の方向性結合器および第四の方向性結合器の一方）の光結合が発生する部分において、導波路幅が細くなっていても良い。
【０１４３】
また、上記各実施の形態では、光分岐器としてＹ分岐導波路３を使用したが、入力光を略等分できるカプラであればこれに限ることなく、例えば方向性結合器、マルチモード干渉計カプラなど種々のカプラを使用することができる。ただし、広帯域にわたって分岐比の変化が少ないものが好適である。また、上記各実施の形態は、ＤＱＰＳＫ用の遅延復調デバイスであるが、ＤＰＳＫ用の遅延復調デバイスを構成する場合は、光分岐器と第二のＭＺＩおよびそれに関連する構成とを省略してもよい。
【０１４４】
また、上記各実施形態では、最適な形態として第一の１／２波長板４７、および第二の１／２波長板７０の２枚の波長板を挿入している。しかしながら、本発明はこれに限ることなく、導波路の複屈折やカプラでの偏波変換の発生量、１／２波長板の偏波変換効率等によっては、第一の１／２波長板４７のみを挿入する構成でもよい。また、１／２波長板の代わりに、２枚の１／４波長板を挿入してもよい。
【０１４５】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態１に係る遅延復調デバイス１０１の各カプラを実施の形態３の導波路幅が均一なカプラに置き換えても良い。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１４６】
１Ａ  平面光波回路
１Ｂ  ＰＬＣチップ
１ａ、１ｂ  端面
２  光入力導波路
３  Ｙ分岐導波路
４  第一のＭＺＩ
５  第二のＭＺＩ
６、６Ａ、１０、１０Ａ  入力側カプラ
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ  光入出力部
６Ｄ１、７Ｄ１、１０Ｄ１、１１Ｄ１  第一の導波路
６Ｄ２  第二の導波路
６ＤＣ１、６ＤＣ２、７ＤＣ１、７ＤＣ２、１１ＤＣ１  方向性結合器
７、７Ａ、１１、１１Ａ  出力側カプラ
８、１２  第一のアーム導波路
９、１３  第二のアーム導波路
１１ＤＣ１  方向性結合器
１４、１５  導波路
２１、２２、２３、２４  光出力導波路
３０  ＰＬＣ基板
３１  クラッド層
４０  光送信器
４７  第一の１／２波長板
４９、７１  溝
５０  光受信器
５１、５２  バランスドレシーバ
５３  受信電気回路
５４  光ファイバ伝送路
６２、６４  交差点
７０  第二の１／２波長板
８０、８０Ａ  タップカプラ
８１  モニタ出力導波路
１０１、１０２、１０３、１０００  復調用遅延回路
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ  ヒータ
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３、Ｌ３４、Ｌ４１、Ｌ４２、Ｌ４３、ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ、ＬＤ  線
Ｐout１、Ｐout２、Ｐout３、Ｐout４  出力ポート
Ｒ  範囲
【図１】
2013061431.tif 000013
【図２】
2013061431.tif 000014
【図３】
2013061431.tif 000015
【図４】
2013061431.tif 000016
【図５】
2013061431.tif 000017
【図６Ａ】
2013061431.tif 000018
【図６Ｂ】
2013061431.tif 000019
【図６Ｃ】
2013061431.tif 000020
【図６Ｄ】
2013061431.tif 000021
【図７】
2013061431.tif 000022
【図８】
2013061431.tif 000023
【図９】
2013061431.tif 000024
【図１０】
2013061431.tif 000025
【図１１】
2013061431.tif 000026
【図１２】
2013061431.tif 000027
【図１３】
2013061431.tif 000028
【図１４】
2013061431.tif 000029
【図１５】
2013061431.tif 000030
【図１６Ａ】
2013061431.tif 000031
【図１６Ｂ】
2013061431.tif 000032
【図１６Ｃ】
2013061431.tif 000033
【図１６Ｄ】
2013061431.tif 000034
【図１７】
2013061431.tif 000035
【図１８】
2013061431.tif 000036
【図１９】
2013061431.tif 000037
【図２０】
2013061431.tif 000038
【図２１】
2013061431.tif 000039
【図２２】
2013061431.tif 000040
【図２３】
2013061431.tif 000041