(57)【要約】      （修正有）【課題】３ｄＢ以上の原理損失を生じることなく、安定した光出力を得る光集積回路、および光集積回路の制御方法を提供する。【解決手段】光集積回路２は、入力光５１を受ける第１の入力ポート１１と、第１及び第２の出力ポート１３、１４とを備えた光分岐部１と、第１及び第２の光反射部３、４と、を含み、第１の入力ポート１１に入射した入力光５１が第１の出力ポート１３、第１の光反射部３、第１の出力ポート１３、第１の入力ポート１１の順に往復する第１の光経路の光位相変化量と、第１の入力ポートに入射した入力光５１が第２の出力ポート１４、第２の光反射部４、第２の出力ポート１４、第１の入力ポート１１の順に往復する第２の光経路の光位相変化量との間の光位相差が、実質的にπの奇数倍に設定されており、第１及び第２の出力光５３、５４の光電力比が、第１及び第２の反射光５８、５９の光電力比の逆数に実質的に等しくなるように設定されている。【選択図】図１４
2016191817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を受ける第１の入力ポートと、前記入力光を分割して、第１及び第２の出力光としてそれぞれ出力する第１及び第２の出力ポートとを少なくとも備えた光分岐部と、
前記第１及び前記第２の出力ポートにそれぞれ接続され前記第１及び第２の出力光をそれぞれ第１及び第２の反射光として反射する第１及び第２の光反射部と、
を含み、
前記第１の入力ポートに入射した前記入力光が前記第１の出力ポート、前記第１の光反射部、前記第１の出力ポート、前記第１の入力ポートの順に往復する第１の光経路の光位相変化量と、前記第１の入力ポートに入射した前記入力光が前記第２の出力ポート、前記第２の光反射部、前記第２の出力ポート、前記第１の入力ポートの順に往復する第２の光経路の光位相変化量との間の光位相差が、実質的にπの奇数倍に設定されており、
前記第１及び前記第２の出力ポートがそれぞれ出力する前記第１及び前記第２の出力光の光電力比が、前記第１及び前記第２の出力ポートにそれぞれ入射する前記第１及び前記第２の反射光の光電力比の逆数に実質的に等しくなるように設定されていることを特徴とする光集積回路。
【請求項２】
前記第１及び前記第２の光経路内の少なくとも一方に、前記第１の反射光と、前記第２の反射光との光位相差を調整できる光位相調整部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の光集積回路。
【請求項３】
前記光位相調整部は、前記第１及び前記第２の光経路内の少なくとも一方の一部の温度、キャリア密度、電界、応力、およびひずみの少なくとも１つを調整することを特徴とする請求項２に記載の光集積回路。
【請求項４】
前記光分岐部は、前記第１及び第２の出力光の光電力比を調整する手段を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光集積回路。
【請求項５】
前記第１及び前記第２の光経路内の少なくとも一方に、前記第１及び前記第２の出力光の光電力の比を調整することができる光電力調整部を更に含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光集積回路。
【請求項６】
前記光電力調整部は、光減衰器、または光増幅器であることを特徴とする請求項５に記載の光集積回路。
【請求項７】
前記第１及び第２の光反射部の少なくとも一方は、光電界反射率を調整する機能を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光集積回路。
【請求項８】
入力光を受ける第１の入力ポートと、前記入力光を分割して、第１及び第２の出力光としてそれぞれ出力する第１及び第２の出力ポートとを少なくとも備えた光分岐部と、前記第１及び前記第２出力ポートにそれぞれ接続され前記第１及び第２の出力光をそれぞれ第１及び第２の反射光として反射する第１及び第２の光反射部と、を含む光集積回路の制御方法であって、
前記第１の入力ポートに入射した前記入力光が前記第１の出力ポート、前記第１の光反射部、前記第１の出力ポート、前記第１の入力ポートの順に往復する第１の光経路の光位相変化量と、前記第１の入力ポートに入射した前記入力光が前記第２の出力ポート、前記第２の光反射部、前記第２の出力ポート、前記第１の入力ポートの順に往復する第２の光経路の光位相変化量との間の光位相差を、実質的にπの奇数倍に設定する工程と、
前記第１及び前記第２の出力ポートがそれぞれ出力する前記第１及び前記第２の出力光の光電力比を、前記第１及び前記第２の出力ポートにそれぞれ入射する前記第１及び前記第２の反射光の光電力比の逆数に実質的に等しくなるように設定する工程と、を含むことを特徴とする光集積回路の制御方法。
【請求項９】
前記第１の光経路内、および前記第２の光経路内の少なくとも一方の一部の温度、キャリア密度、電界、応力、およびひずみの少なくとも１つを調整することを特徴とする請求項８に記載の光集積回路の制御方法。
【請求項１０】
前記光電力比を設定する工程では、前記第１及び第２の出力光の光電力比を調整することを特徴とする請求項８または９に記載の光集積回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光集積回路、および光集積回路の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
同一基板上に複数の光素子を集積した光集積回路では、反射戻り光があると特性が劣化することがある。特に半導体レーザに反射戻り光が入ると、レーザ発振が不安定になり、相対強度雑音が増加することが知られている。
一般的に、光通信用光送信器等においては、反射戻り光を除去するために光アイソレータを用いている。しかしながら、通常、光アイソレータは、バルクの偏光子やファラデー回転子等を組み合わせた構成を有している。そのため、半導体レーザを同一基板上に集積した光集積回路においては、同一基板内の反射点からの反射戻り光がレーザに戻らないようにするために、光アイソレータを用いることは困難である。
更に近年、シリコン基板上に半導体レーザ、光変調器、受光器等を配置し、それらの光素子間をシリコン光導波路で光学的に接続した光集積回路、いわゆる、シリコンフォトニクスを用いて光送信器を構成する研究開発が盛んになってきている。ここで用いられるシリコン光導波路は、光集積回路に多く用いてきたガラス光導波路に比べて光の閉じ込め効果が極めて高いため、光集積回路を小型化できる利点がある。一方で、シリコン光導波路には、意図せずに形成されてしまった実効屈折率やモードフィールドの不連続点等による光の反射源によって反射戻り光が発生しやすいという課題がある。
【０００３】
この課題を改善する手段として、特許文献１および２は、半導体レーザが出力する光を分岐器で等分岐し、反射戻り光が分岐器で結合する際に位相を反転させることで、半導体レーザへの反射戻り光を低減する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１５６８８５号
【特許文献２】国際公開第２０１３／１３３０９９号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】F. Morichetti, et al., “Non-Invasive On-Chip Light Observation by Contactless Waveguide Conductivity Monitoring,”IEEE J. Select. Topics Quant. Elect. Vol. 20, No.4, 8201710, 2014
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１の方法では、反射戻り光を最小にするためには、分岐器の分岐比を等分岐とし、分岐器の出力側に接続された２本の導波路における反射率の絶対値を等しくすることが望ましいと記載されている。しかしながら、この場合、等分岐された光の一方のみを送信器出力として利用する場合には、必然的に光出力に約３ｄＢの損失が生じるという課題がある。また、等分岐した両方の光を送信器出力として用いる場合でも、単一のシングルモード導波路と結合させる場合には、同様に本質的に光出力に約３ｄＢの損失が生じる。等分岐した両方の光をマルチモード導波路と結合させる場合には、約３ｄＢの損失が生じない可能性はあるが、２つのモード間の干渉によって、マルチモード導波路への結合およびマルチモード導波路内での伝送状態が不安定になる可能性が高い。
【０００７】
また、特許文献２に開示されている構成も特許文献１と同様であり、原理的に約３ｄＢ以上の光損失を生じてしまう課題がある。
【０００８】
本発明の目的は、上記した課題の少なくとも一部を改善し、特に、３ｄＢ以上の光電力の原理損失を生じず、安定した光出力が得られる反射戻り光低減構造を有する光集積回路、および光集積回路の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る光集積回路は、入力光を受ける第１の入力ポートと、前記入力光を分割して、第１及び第２の出力光としてそれぞれ出力する第１及び第２の出力ポートとを少なくとも備えた光分岐部と、前記第１及び前記第２の出力ポートにそれぞれ接続され前記第１及び第２の出力光をそれぞれ第１及び第２の反射光として反射する第１及び第２の光反射部と、を含み、前記第１の入力ポートに入射した前記入力光が前記第１の出力ポート、前記第１の光反射部、前記第１の出力ポート、前記第１の入力ポートの順に往復する際の光位相変化量と、前記第１の入力ポートに入射した前記入力光が前記第２の出力ポート、前記第２の光反射部、前記第２の出力ポート、前記第１の入力ポートの順に往復する際の光位相変化量との間の光位相差が、実質的にπの奇数倍に設定されており、前記第１及び前記第２の出力ポートがそれぞれ出力する前記第１及び前記第２の出力光の光電力比が、前記第１及び前記第２の出力ポートにそれぞれ入射する前記第１及び前記第２の反射光の光電力比の逆数に実質的に等しくなるように設定されている。
本発明の他の実施形態に係る光集積回路の制御方法は、入力光を受ける第１の入力ポートと、前記入力光を分割して、第１及び第２の出力光としてそれぞれ出力する第１及び第２の出力ポートとを少なくとも備えた光分岐部と、前記第１及び前記第２出力ポートにそれぞれ接続され前記第１及び第２の出力光をそれぞれ第１及び第２の反射光として反射する第１及び第２の光反射部と、を含む光集積回路の制御方法であって、前記第１の入力ポートに入射した前記入力光が前記第１の出力ポート、前記第１の光反射部、前記第１の出力ポート、前記第１の入力ポートの順に往復する際の光位相変化量と、前記第１の入力ポートに入射した前記入力光が前記第２の出力ポート、前記第２の光反射部、前記第２の出力ポート、前記第１の入力ポートの順に往復する際の光位相変化量との間の光位相差を、実質的にπの奇数倍に設定する工程と、前記第１及び前記第２の出力ポートがそれぞれ出力する前記第１及び前記第２の出力光の光電力比を、前記第１及び前記第２の出力ポートにそれぞれ入射する前記第１及び前記第２の反射光の光電力比の逆数に実質的に等しくなるように設定する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、３ｄＢ以上の光電力の原理損失を生じることなく、安定した光出力を得ることができる光集積回路、及び光集積回路の制御方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態における光集積回路の回路構造を示す模式的なブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における光集積回路の回路構造を示す模式的なブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態において最適な状態を得るための手順を示した工程フロー図である。
【図４】本発明の第３の実施形態における光集積回路の回路構造を示す模式的なブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態において最適な状態を得るための手順を示した工程フロー図である。
【図６】本発明の第４の実施形態における光集積回路の回路構造を示す模式的なブロック図である。
【図７】本発明の第５の実施形態における光集積回路の回路構造を示す模式的なブロック図である。
【図８】本発明の実施形態で光分岐器として用いることができる方向性結合器の回路構造を示す模式的な平面図である。
【図９】本発明の実施形態で光分岐器として用いることができるマルチモード干渉型結合器の回路構造を示す模式的な平面図である。
【図１０】本発明の実施形態で光分岐器として用いることができるマッハツェンダ干渉計の回路構造を示す模式的な平面図である。
【図１１】本発明の実施形態で光反射器として用いることができるマッハツェンダ干渉計型ループミラーの回路構造を示す模式的な平面図である。
【図１２】本発明の実施形態で用いることができる別の光反射器の回路構造を示す模式的な平面図である。
【図１３】本発明の光分岐部の原理を説明するためのブロック図である。
【図１４】本発明の光集積回路の原理を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態を説明する前に、本発明の原理について説明する。図１３および図１４は、それぞれ、本発明に係る光分岐部及び当該光分岐部を含む光集積回路の原理を説明するためのブロック図である。
［光分岐部］
本発明の原理に係る光分岐部１は、第１の入力ポート１１と、第１の出力ポート１３と、第２の出力ポート１４とを少なくとも備える。
第１の入力ポート１１には、外部から入力光５１が入射する。光分岐部１は、第１の入力ポート１１からの入力光５１を所定に比に分割して、第１及び第２の出力ポート１３及び１４に出射、出力する機能を有する。
ここでは、第１の出力ポート１３は、光分岐部１が分割した入力光５１の一部が、第１の出力光５３として出射する。また、第１の出力ポート１３は、第１の出力光５３が図示しない外部で反射したことで生じる第１の反射光５８を受ける。
第２の出力ポート１４は、光分岐部１が分割した入力光５１の残りを、第２の出力光５４として出力する。また、第２の出力ポート１４は、第２の出力光５４が図示しない外部で反射したことで生じる第２の反射光５９を受ける。
第１の出力ポート１３が第１の反射光５８を受け、第２の出力ポート１４が第２の反射光５９を受けると、第１の入力ポート１１は、第１の反射光５８と第２の反射光５９とに応じた第１の反射戻り光５６を出力する。
図示された光分岐部１は、第１の反射戻り光５６が原理的に最小になるように、第１及び第２の出力光５３及び５４の光電力比が、第１の反射光５８と第２の反射光５９の光電力比の逆数に実質的に等しくなるように設定されている。
［光集積回路］
図１４は、光分岐部１を含む光集積回路２である。
本発明の原理に係る光集積回路２は、図１３で説明した光分岐部１と、当該光分岐器１の第１及び第２の出力ポート１３及び１４の外部にそれぞれに接続された第１の光反射部３と第２の光反射部４と、を備える。
第１の光反射部３は、第１の出力ポート１３が出力した第１の出力光５３の一部を反射し、第１の反射光５８として第１の出力ポート１３に入力する。
第２の光反射部４は、第２の出力ポート１４が出力した第２の出力光５４の少なくとも一部を反射して、第２の反射光５９として第２の出力ポート１４に入力する。
本発明の原理に係る光集積回路２は、第１の出力ポート１３に入力する第１の反射光５８と、第２の出力ポート１４に入力する第２の反射光５９との光位相差が、実質的にπの奇数倍に設定されている。
図１３を参照して説明したように、第１の出力ポート１３が第１の反射光５８を受け、第２の出力ポート１４が第２の反射光５９を受けると、第１の入力ポート１１は第１の反射光５８と第２の反射光５９とに応じた第１の反射戻り光５６を出力する。
図１４に示された光集積回路２は、例えば、光の発生源である半導体レーザが光分岐部１の入力ポートに接続され、この状態で第１の反射戻り光５６を受けると、レーザの発振が不安定となり、動作も不安定となる。
本発明の原理に係る光集積回路２は、第１の反射戻り光５６が原理的に最小になるように、第１の入力ポート１１に入射した入力光５１が第１の出力ポート１３、第１の光反射部３、第１の出力ポート１３、第１の入力ポート１１の順に往復する際の光位相変化量と、第１の入力ポート１１に入射した入力光５１が第２の出力ポート１４、第２の光反射部４、第２の出力ポート１４、第１の入力ポート１１の順に往復する際の光位相変化量との間の光位相差が、実質的にπの奇数倍に設定されている。さらに、光集積回路２は、第１の出力光５３と第２の出力光５４の光電力比が、第１の反射光５８と第２の反射光５９の光電力比の逆数に実質的に等しくなるように設定された光分岐部１を備えている。そのため、半導体レーザを含む光集積回路２は、安定して動作することができる。
本発明の実施形態において、光分岐部１は、後述するように、予め光電力比を設定された光分岐器を用いることができる。また、光分岐部１は、光電力比を調整できる機能を有していてもよい。第１の光反射部３は、例えば、光導波路内に形成された光の反射源であってもよいし、回析格子型の結合器であってもよい。第２の光反射部４は、ループミラー等で構成することができる。
本発明の原理に係る光集積回路２は、第１の入力ポート１１に入射した入力光５１が第１の出力ポート１３、第１の光反射部３、第１の出力ポート１３、第１の入力ポート１１の順に往復する際の光位相変化量と、第１の入力ポート１１に入射した入力光５１が第２の出力ポート１４、第２の光反射部４、第２の出力ポート１４、第１の入力ポート１１の順に往復する際の光位相変化量との間の光位相差、および第１及び第２の出力ポートに入出射する光電力比を上記のように設定することにより、３ｄＢ以上の原理損失を生じることなく、安定した光出力を得ることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に関して、図１を参照して以下に説明する。なお、図１は、本実施形態の光集積回路の回路構造を示す模式的なブロック図である。
【００１４】
本実施形態に係る第１の光集積回路１０１は、第１の光分岐器１０、光反射点２３、第１の光反射器３４、第１の光導波路４１，第２の光導波路４２，第３の光導波路４３、及び半導体レーザ６１を備えている。図示された第１の光集積回路１０１は同一の基板上に形成されているものとする。ただし、半導体レーザ６１は同一基板上に形成されていることに限定されない。
光分岐器１０は、少なくとも、１つの第１の入力ポート１１と、第１の出力ポート１３，および第２の出力ポート１４を備える。
第１の光分岐器１０は、半導体レーザ６１から第１の入力ポート１１に入力した入力光５１を第１の出力ポート１３，および第２の出力ポート１４に分割して出力する機能を有する。この時、第１の出力ポート１３は、第１の出力光５３を出力する。第２の出力ポート１４は、第２の出力光５４を出力する。
光反射点２３は、第１の光分岐器１０の一方の第１の出力ポート１３に第２の光導波路４２を介して光学的に接続されている。光反射点２３は、第１の光分岐器１０の一方の第１の出力ポート１３が出力する第１の出力光５３の一部を反射し、第１の反射光５８として第１の出力ポート１３に入力する。
第１の光反射器３４は、第１の光分岐器１０の第２の出力ポート１４に第３の光導波路４３を介して光学的に接続されており、第１の光分岐器１０の第２の出力ポート１４が出力する第２の出力光５４の一部、または全部を反射する機能を有する。即ち、第１の光反射器３４は、第２の出力光５４を反射し、第２の反射光５９として第２の出力ポート１４に入力する。
半導体レーザ６１は、第１の光分岐器１０の第１の入力ポート１１に第１の光導波路４１を介して光学的に接続されている。半導体レーザ６１は、第１の入力ポート１１に入力光５１を入力する。
この第１の光集積回路１０１は、光送信器の一部を構成するものとする。光送信器は、第１の光分岐器１０の第１の出力ポート１３が出力する第１の出力光５３の光電力から、光反射点２３が反射した第１の反射光５８の光電力を除いた分の光電力値の光を出力すると想定する。
【００１５】
なお、本発明の説明において特にことわりのない場合、光反射点２３は、実効屈折率やモードフィールドの不連続等によって光経路内に意図せずに形成された光の反射源である。一方、第１の光反射器３４は、光反射点２３によって生じる第１の反射戻り光５６を低減するために意図的に設置した光の反射構造、またはループバック構造である。ただし、本発明は、光反射点２３が、実効屈折率やモードフィールドの不連続等によって意図せずに形成された光の反射源であることに限定されない。
【００１６】
次に、第１の反射戻り光５６を低減するための条件について説明する。
第１の光分岐器１０の第１の入力ポート１１に入力した入力光５１が、第１の入力ポート１１→第１の出力ポート１３→光反射点２３→第１の出力ポート１３→第１の入力ポート１１の順に伝搬する経路を第１の光経路とする。
また、第１の光分岐器１０の第１の入力ポート１１に入力した入力光５１が、第１の入力ポート１１→第２の出力ポート１４→第１の光反射器３４→第２の出力ポート１４→第１の入力ポート１１の順に伝搬する経路を第２の光経路とする。
第１の光集積回路１０１は、第１の反射戻り光５６を低減するために、第１の光経路と第２の光経路との間の光の位相差が概ねπの奇数倍に設定されている（以下、この条件を「光位相差条件」と呼ぶ）。
また、第１の光経路において第１の出力ポート１３が出力する第１の出力光５３の光電力値と、第２の光経路において第２の出力ポート１４が出力する第２の出力光５４の光電力値の比が、第１の光経路において第１の出力ポート１３に入力する第１の反射光５８の光電力値と、第２の光経路において第２の出力ポート１４に入力する第２の反射光５９の光電力値の比の逆数と概ね等しくなるように設定されている（以下、この条件を「光電力比条件」と呼ぶ）。
【００１７】
以下、上記のように設定することで第１の光分岐器１０の第１の入力ポート１１が出力する第１の反射戻り光５６を低減できる理由について説明する。
半導体レーザ６１が第１の光分岐器１０の第１の入力ポート１１に光電力値が「１」の入力光５１を入力したときの各パラメータを以下のように設定する。
第１の入力ポート１１から第１の出力ポート１３への光電力透過率を１−ｔ、第１の入力ポート１１から第２の出力ポート１４への光電力透過率をｔ、光反射点２３の光電界反射率をｒ、第１の光反射器３４の光電界反射率をｓｒ、第１の光経路と第２の光経路の間の光の位相差をφとする。ここで、ｓは、光反射点２３と、第１の光反射器３４の光電界反射率の比である。この時、第１の光分岐器１０の第１の入力ポート１１が出力する第１の反射戻り光５６の光電力値Ｐ５６は、式（１）のように表すことができる。
【数１】
2016191817.tif 000003
したがって、第１の光分岐器１０の第１の入力ポート１１が出力する第１の反射戻り光５６の光電力値Ｐ５６は、ｃｏｓφ＝1の時に最大となる。つまり、光位相差φは、式（２）のように表すことができる。
【数２】
2016191817.tif 000004
したがって、光電力値Ｐ５６の最大値は、式（３）の通りである。
【数３】
2016191817.tif 000005
また、光電力値Ｐ５６は、式（１）において、ｃｏｓφ＝−１の時に最小となる。この時、光位相差φは、式（４）のように表すことができる。
【数４】
2016191817.tif 000006
したがって、光電力Ｐ５６の最小値は、式（５）の通りである。
【数５】
2016191817.tif 000007
更に、第１の光分岐器１０の第１の入力ポート１１が出力する第１の反射戻り光５６の光電力値Ｐ５６は、式（５）を参照すると、式（６）を満たす時、原理的にはゼロとなる。
【数６】
2016191817.tif 000008
式（６）の第１式が光位相差条件を表していることは明らかである。次に、式（６）の第２式が光電力比条件を表していることを説明する。
光電力比条件に用いられるそれぞれの光電力値は、上述したパラメータから求めることができる。
すなわち、第１の光経路において第１の光分岐器１０の第１の出力ポート１３が出力する第１の出力光５３の光電力値は１−ｔ、第１の光分岐器１０の第１の出力ポート１３に入力する第１の反射光５８の光電力値は（１−ｔ）ｒ２、第２の光経路において第１の光分岐器１０の第２の出力ポート１４が出力する第２の出力光５４の光電力値はｔ、第１の光分岐器１０の第２の出力ポート１４に入力する第２の反射光５９の光電力値はｔ（ｓｒ）２である。よって、光電力比条件は、１−ｔ：ｔ＝ｔ（ｓｒ）２：（１−ｔ）ｒ２となる。したがって、光電力比条件は、式（７）のように表すことができる。
【数７】
2016191817.tif 000009
式（７）を光反射点２３と第１の光反射器３４の光電界反射率の比ｓについて解くと、式（８）を得ることができる。
【数８】
2016191817.tif 000010
式（６）の第２式と式（８）を比較すると、結果が一致している。
従って、式（６）の第２式は光電力比条件を表している。式（６）の第１式および第２式でそれぞれ表される光位相差条件、および光電力比条件が同時に成り立つように、第１の光経路と第２の光経路の間の光位相差φを設定し、かつ第１の光分岐器１０の分岐比ｔ、または第１の光反射器３４の光反射点２３に対する相対的な光電界反射率の比ｓを設定する。このように設定することで、第１の光集積回路１０１は、第１の光分岐器１０の第１の入力ポート１１が出力する第１の反射戻り光５６の光電力値を最小にすることができる。その結果、半導体レーザ６１に入力する第１の反射戻り光５６の光電力値を最小にすることができるので、第１の反射戻り光５６による半導体レーザ６１の不安定化や相対強度雑音の劣化を抑制することができる。
【００１８】
次に、第１の光集積回路１０１を光送信器の一部として考えた場合における光送信器の光電力値Ｐ１０１について説明する。前述の通り、光送信器が出力する光の光電力値Ｐ１０１は、第１の光分岐器１０の第１の出力ポート１３が出力する第１の出力光５３の光電力値から、光反射点２３による第１の反射光５８の光電力値を除いた分の光電力値である。光電力Ｐ１０１は、第１の出力光５３の光電力値が１−ｔ、第１の反射光５８の光電力値が（１−ｔ）ｒ２であるから、式（９）のように表すことができる。
【数９】
2016191817.tif 000011
したがって、光位相差条件、および光電力比条件を満たすときの光電力値Ｐ１０１は、式（８）を式（９）に代入すると、式（１０）のように表すことができる。
【数１０】
2016191817.tif 000012
ここで、光反射点２３の光電界反射率ｒは、制御出来ないが通常は１に比べて十分に小さい量であるため、（１−ｒ２）≒１とみなすことができる。また、第１の光反射器３４の光電界反射率ｓｒと光反射点２３の光電界反射率ｒの比であるsを大きくすることで、１＋ｓ≒ｓとみなすことができる。その結果、第１の光集積回路１０１の光送信器が出力する光の光電力値Ｐ１０１は、ほぼ１に近づく。したがって、第１の光集積回路１０１は、特許文献１および２で課題となっていた３ｄＢ以上の原理損失を生じることなく反射戻り光を低減することができる。
なお、第１の光反射器３４の光電界反射率ｓｒは、第２の光経路に光増幅器を用いない限り、１を超えることは無い。そのため、第１の光集積回路１０１の光送信器が出力する光の光電力値Ｐ１０１は、ｓｒ＝１として式（１０）に代入すると、式（１１）のような不等式で表すことができる。
【数１１】
2016191817.tif 000013
式（１１）の等号が成り立つのは、ｓｒ＝１のときである。よって、第１の光集積回路１０１の光送信器が出力する光の光電力Ｐ１０１を大きくするためには、第１の光反射器３４の光電界反射率ｓｒを１、すなわち全反射にすることが最も好ましい。
【００１９】
このような第１の光集積回路１０１は、小型化・集積化・低コスト化等の観点から、半導体材料を微細加工して形成することが望ましく、特にシリコン（Ｓｉ）基板上に配置された光素子間をシリコン光導波路で光学的に接続したシリコン光集積回路が好適である。また、前述の通り光経路内に意図しない反射点が形成されやすいシリコン光導波路においては、本発明は特に有用である。しかしながら、本発明の思想は、化合物半導体、ガラス、ポリマー、誘電体結晶等の他の材料で構成される光集積回路でも有効である。
【００２０】
次に、第１の実施形態に好適な、各構成要素の具体的な態様について説明する。
第１の光分岐器１０のより具体的な構成としては、例えば図８に平面構造を模式的に示す方向性結合器２１０を用いることができる。図示された方向性結合器２１０は、第１の分岐器内光導波路２１１と第２の分岐器内光導波路２１２を有している。また、図９に平面構造を模式的に示すマルチモード干渉結合器２２０を用いることができる。図示されたマルチモード干渉結合器２２０は、第３、第４、第５、及び第６の分岐器内光導波路２２１〜２２４と、マルチモード領域２２５を有している。更に、図１０に平面構造を模式的に示すマッハツェンダ干渉計２３０を用いることができる。図示されたマッハツェンダ干渉計２３０は、第７の分岐器内光導波路２３１と、第８の分岐器内光導波路２３２と、第１の干渉計内光位相シフタ２３３と、を有している。特に、マッハツェンダ干渉計２３０は第１の干渉計内光位相シフタ２３３を内蔵することで光分岐比を容易に調整することができるため好適である。
【００２１】
図１に戻ると、光反射点２３は、前述の通り、実効屈折率やモードフィールドの不連続等によって光経路内に意図せずに形成されてしまった光の反射源であり、その位置、および光電界反射率ｒを制御することは出来ないものと想定する。また、通常、光反射点２３の位置、および光電界反射率rを特定することも困難であるから、式（６）で示される光位相差条件、および光電力比条件を満足するように設定するためには工夫が必要である。光位相差条件、および光電力条件の制御方法については後述する。
【００２２】
前述の通り、第１の光集積回路１０１の光送信器が出力する光の光電力値Ｐ１０１は、第１の光反射器３４の光電界反射率が１に近いほど大きくできるので、第１の光反射器３４の具体的な構成としては、ほぼ全反射状態を容易に実現できるループミラーが好適である。特に、図１１に示すような、第９の分岐器内光導波路２４１と、第２の干渉計内光位相シフタ２４３を有するマッハツェンダ干渉計型ループミラー２４０が好ましく用いることができる。マッハツェンダ干渉計型ループミラー２４０は、第２の干渉計内位相シフタ２４３を内蔵することで容易に光電界反射率を調整できるので好適である。
【００２３】
図１において、第１の光導波路４１，第２の光導波路４２，第３の光導波路４３としてシリコン光導波路を用いる場合、半導体レーザ６１としては、光通信用に用いられる波長が１．３μｍ帯、または１．５μｍ帯の化合物半導体レーザが好適である。これは、シリコンは波長１．１μｍ以上の光に対して透明であるためである。
なお、図１では、半導体レーザ６１は、第１の光導波路４１を介して第１の光分岐器１０の第１の入力ポート１１に直接接続されているが、半導体レーザ６１と第１の光分岐器１０の間に図示しない光変調器や、図示しない第１の光電力計等の他の光素子が接続されていてもよい。さらに、半導体レーザ６１が出力する入力光５１を検出できる位置に、半導体レーザ６１の相対強度雑音を測定する図示しない相対強度雑音測定器が光学的に接続されていてもよい。
【００２４】
第１の光導波路４１，第２の光導波路４２，第３の光導波路４３のより具体的な構成例としては、Silicon-on-Insulator(SOI)基板上に形成されたシリコンをコア、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）をクラッドとし、シリコンコアの断面は厚さ２００ｎｍ程度、幅４００ｎｍ程度のシングルモード導波路が好適である。また、直線導波路部分には伝搬損失を低減するために幅３μｍ程度のマルチモード導波路を用いてもよい。
【００２５】
次に、光位相差条件の具体的数値例を示す。半導体レーザ６１が出力する光の波長をλ、第１の光経路、および第２の光経路の間の光路長差をΔ(ｎL)とすると、光位差相条件は、式（１２）で表すことができる。
【数１２】
2016191817.tif 000014
式（１２）から、光路長差Δ(ｎL)は、式（１３）のように表すことができる。
【数１３】
2016191817.tif 000015
ここで、ｎは第２の光導波路４２、および第３の光導波路４３の実効屈折率である。光路長差Δ(ｎL)は、半導体レーザ６１が出力する入力光５１の波長λを１．３μｍとすると、０．６５μｍの奇数倍になるように設定すればよい。ただし、式（１３）は、波長依存性を持ち、その感度は２ｍ＋１の絶対値が大きくなるほど大きくなる。従って、波長依存性を小さくするためには、２ｍ＋１の絶対値が小さいほど好ましく、ｍ＝０、またはｍ＝−１が最も好ましい。
【００２６】
次に、光電力比条件の具体的数値例を示す。例えば、光反射点２３の光電界反射率ｒが０．１（電力反射率が−２０ｄＢ）、第１の光反射器３４の光電界反射率ｓｒが１、すなわち、ｓ＝１０とする。式（８）から、第１の光分岐器１０の第１の入力ポート１１から第１の出力ポート１３への光電力透過率１−ｔと、第１の光分岐器１０の第１の入力ポート１１から第２の出力ポート１４への光電力透過率ｔの比は、概ね（１−ｔ）/ｔ＝ｓ＝１０である。すなわち、第１の光分岐器１０の第１の出力ポート１３と、第２の出力ポート１４の光出力電力比を１０：１に設定すればよい。
このときｔ＝０．０９となるから、第１の光分岐器１０の第１の出力ポート１３が出力する第１の出力光５３を第１の光集積回路１０１の出力光として用いることを想定すると、この例の場合、半導体レーザ６１の順方向の損失は１−ｔ＝０．９１（０．４１ｄＢ）となる。したがって、本実施形態は、特許文献１、および２で課題となっていた３ｄＢの原理損失に比べて大幅に損失を低減できる効果がある。当然ながら、光反射点２３の光電界反射率ｒが０．１より更に小さい場合は、順方向の損失を更に低減できる。
なお、第１の光経路、および第２の光経路内に共通の光損失または光増幅要素が含まれている場合でも、光電力透過率の比をとることで、その共通光損失等は相殺されるので、上記の関係はそのまま成立する。
また、第１の光経路と第２の光経路の間に光損失、または光増幅率の相違がある場合には、それらの比を光反射点２３と第１の光反射器３４の光電界反射率の比sに含めて考えればよい。
【００２７】
［第２の実施形態］
次に本発明の第２の実施形態について、図２を参照して以下に説明する。なお、図２は、本実施形態の光集積回路の回路構造を示す模式的なブロック図である。
【００２８】
本実施形態の第２の実施形態に係る第２の光集積回路１０２は、第１の実施形態の第１の光集積回路１０１における１入力２出力の第１の光分岐器１０を、分岐比ｔが調整可能な２入力２出力の第２の光分岐器７０に置き換えている。また、第２の光集積回路１０２は、第１の光位相シフタ８４と、第２の光電力計９２を、更に備える。
第２の光分岐器７０は、第２の入力ポート７１と、第３の入力ポート７２との２つの入力ポートと、第３の出力ポート７３と、第４の出力ポート７４との２つの出力ポートを有する。
第２の入力ポート７１には、第１の光導波路４１を介して半導体レーザ６１が接続されている。
第２の光分岐器７０の半導体レーザ６１が接続されていない方の第３の入力ポート７２には、第４の光導波路４４を介して第２の光電力計９２が光学的に接続されている。また、第１の光集積回路１０１の場合と同様に、第２の光分岐器７０の第２の入力ポート７１に入力した入力光５１が、第２の入力ポート７１→第３の出力ポート７３→光反射点２３→第３の出力ポート７３→第２の入力ポート７１の順に伝搬する光経路を第１の光経路とする。
同様に、第２の入力ポート７１→第４の出力ポート７４→第１の光反射器３４→第４の出力ポート７４→第２の入力ポート７１の順に伝搬する光経路を第２の光経路とする。
第１の光位相シフタ８４は、第２の光分岐器７０の第４の出力ポート７４と第１の光反射器３４の間に位置している。また、第１の光位相シフタ８４は、第１の光経路と第２の光経路の間の位相差を調整することができる。
第２の光電力計９２は、第４の光導波路４４を介して、第３の入力ポート７２に接続されている。第２の光電力計９２は、第２の反射戻り光５７の光電力値を測定する。
次に、第２の光集積回路１０２を光送信器の一部として考えた場合における光送信器の光電力値について説明する。光送信器は、第３の出力ポート７３が出力する第１の出力光５３の光電力値から、光反射点２３が反射する第１の反射光５８の光電力値を除いた分の光電力値の光を出力すると想定する。
【００２９】
本実施形態によれば、第２の光分岐器７０の第３の入力ポート７２が出力する第２の反射戻り光５７の光電力値を第２の光電力計９２で測定しながら第２の光分岐器７０の分岐比ｔ、および第１の光位相シフタ８４の位相シフト量を調整することができる。そのため、第２の光集積回路１０２は、第１の実施形態の第１の光集積回路１０１に比べてより容易に光位相差条件、および光電力比条件を満足させることができる。
【００３０】
次に、第２の実施形態に好適な、各構成要素の具体的な態様について説明する。
第２の光分岐器７０のより具体的な構成としては、図１０に平面構造を示すマッハツェンダ干渉計２３０が好適である。
【００３１】
第１の光位相シフタ８４のより具体的な構成としては、光導波路の屈折率を変化させる方法によって、温度を変化させることができる局所ヒーターを有し熱光学効果を利用したものがある。また、別の構成として、キャリア密度を変化させることができるショットキー、ＰＮ、ＰＩＮ（P-Intrinsic-N）、ＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）等の接合部を有しキャリアプラズマ効果を利用したものがある。さらに、別の構成として、電界を変化させることができる電極を有し、ポッケルス効果、カー効果、シュタルク効果またはフランツ‐ケルディッシュ効果を利用したもの等がある。
熱光学効果を用いた光位相シフタは、他の効果を用いた光位相シフタに比べて応答速度が遅いという特徴がある。しかしながら、第１の光位相シフタ８４には、通常、それほど高速な応答は必要ないことに加え、第１の光導波路４１〜第４の光導波路４４としてシリコン光導波路を用いる場合、以下の点で熱光学効果を用いた光位相シフタが好適である。
その理由は、第１には、キャリアプラズマ効果を用いた場合には屈折率の変化と同時に損失の変化が生じる課題があるのに対して、熱光学効果を用いた場合には損失変化が生じない点で好適である。第２には、ポッケルス効果、カー効果、シュタルク効果またはフランツ‐ケルディッシュ効果を用いた場合には屈折率の変化が小さく、光位相シフタが大型化する。それに対して、熱光学効果を用いた場合、より大きな屈折率変化を得ることができるため小型化しやすい点で好適であること等がある。
また、第１の光位相シフタ８４と第１の光反射器３４とを一体化し、微小アクチュエータ等で反射ミラーの位置を機械的に変化させる構成にしてもよい。
【００３２】
第２の光電力計９２のより具体的な構成としては、ゲルマニウム(Ge)受光器が好適である。
【００３３】
次に、第２の光集積回路１０２の動作原理と制御方法について説明する。
第２の光分岐器７０の第２の入力ポート７１に光電力値が「１」の入力光５１を入力したときの各パラメータを、以下のように設定する。
第２の入力ポート７１から第３の出力ポート７３への光電力透過率を１−ｔ、第２の入力ポート１１から第４の出力ポート７４への光電力透過率をｔ、光反射点２３の光電界反射率をｒ、第１の光反射器３４の光電界反射率をｓｒ、第１の光経路と第２の光経路の間の光の位相差をφとする。
第２の光分岐器７０の第２の入力ポート７１が出力する第１の反射戻り光５６の光電力値Ｐ５６は、式（１４）で表すことができる。第２の光分岐器７０の第３の入力ポート７２が出力する第２の反射戻り光５７の光電力値Ｐ５７は、式（１５）で表すことができる。
【数１４】
2016191817.tif 000016
【数１５】
2016191817.tif 000017
式（１４）は、式（１）と同じなので説明は省略するが、第１の実施形態と同様に式（６）の条件を満たすとき、第２の光分岐器７０の第２の入力ポート７１が出力する第１の反射戻り光５６の光電力値Ｐ５６は最小となる。
第２の光分岐器７０の第３の入力ポート７２が出力する第２の反射戻り光５７の光電力値Ｐ５７は、式（１５）から、光位相差φの変化に対しては光電力透過率ｔによらず、φ＝２ｍπ（ｍは整数）で最小値をとり、φ＝（２ｍ＋１）π（ｍは整数）で最大値をとる。したがって、第１の光位相シフタ８４は、第２の反射戻り光５７の光電力値Ｐ５７を第２の光電力計９２で測定しながら第１の光位相シフタ８４の位相シフト量を調整し、第２の反射戻り光５７の光電力値Ｐ５７を最大にすることで光位相差条件（式（６）の第１式）を満たすように光位相差φを設定することができる。
一方、第２の反射戻り光５７の光電力値Ｐ５７は、式（１５）から、分岐比ｔの変化に対しては光位相差φによらず、ｔ＝０．５で最大値をとることが計算できる。したがって、第２の光分岐器７０は、第２の光電力計９２が測定した第２の反射戻り光５７の光電力値Ｐ５７に基づいて第２の光分岐器７０の分岐比ｔを調整して、第２の反射戻り光５７の光電力値Ｐ５７を最大にしてもｔ＝０．５の条件を得るだけである。すなわち、この方法では、第２の光分岐器７０は、光電力比条件（式（６）の第２式）を満たすことはできない。第１の反射戻り光５６が最小となるときの第２の反射戻り光５７の光電力値Ｐ５７は、式（１５）に式（６）を代入することで得ることができる。その値は、式（１６）で表すことができる。
【数１６】
2016191817.tif 000018
しかしながら、光反射点２３の光電界反射率ｒ、および第１の光反射器３４の光電界反射率ｓｒを実測することは困難であるから、式（１６）を満たすように第２の光分岐器７０の分岐比ｔ、および第１の光位相シフタ８４の位相シフト量を調整するには工夫が必要である。
図３は、本実施形態において、半導体レーザ６１への第１の反射戻り光５６が最小となる最適な状態に第２の光分岐器７０の分岐比t、および第１の光位相シフタ８４の位相シフト量を設定する手順を示した工程フロー図である。以下、図３を参照してその制御方法を説明する。
まず、第２の光分岐器７０は、分岐比ｔを調整して第２の光電力計９２の光電力値を最大化する（工程３０１）。すなわち、第２の光分岐器７０は、分岐比tを調整して第２の光電力計９２の光電力値を最大化することで、第２の光電力計９２の光電力値（第２の反射戻り光５７の光電力値）は、式（１５）の分岐比ｔの変化に対する最大値をとる。すなわち、光電力値Ｐ５７は、式（１５）にｔ＝０．５を代入した式（１７）で表すことができる。
【数１７】
2016191817.tif 000019
なお、工程３０１は必須では無いが、第２の反射戻り光５７の光電力値を最大化することで、この後の工程で光電力値の測定精度を改善できる点で実施することが好ましい。
次に、第２の光分岐器７０の分岐比ｔは固定したまま、第１の光位相シフタ８４は、位相シフト量を調整し、第２の光電力計９２の光電力値を最小化する。そして、第２の光電力計９２は、そのときの第２の光電力計９２の光電力値である光電力値Ｐｍｉｎを記録する（工程３０２）。この記録は、別途用意されたメモリ等に格納することによって記録しても良い。第１の光位相シフタ８４が位相シフト量を調整して第２の光電力計９２の光電力値を最小化すると、第２の光電力計９２の光電力値は式（１７）の光位相差φの変化に対する最小値をとる。すなわち、光電力値Ｐｍｉｎは、式（１７）にφ=２ｍπ（ｍは整数）を代入した、式（１８）で表すことができる。第２の光電力計９２は、光電力値Ｐｍｉｎとして、式（１８）の値を記録する。
【数１８】
2016191817.tif 000020
次に、第１の光位相シフタ８４は、第２の光分岐器７０の分岐比ｔは固定したまま、位相シフト量を調整して第２の光電力計９２の光電力値を最大化する。そして、第２の光電力計９２は、そのときの第２の光電力計９２の光電力値である光電力値Ｐｍａｘを記録する（工程３０３）。第１の光位相シフタ８４が位相シフト量を調整して第２の光電力計９２の光電力値を最大化すると、第２の光電力計９２の光電力値は式（１７）の光位相差φの変化に対する最大値をとる。すなわち、光電力値Ｐｍａｘは、式（１７）にφ=(２ｍ＋１)π（ｍは整数）を代入した、式（１９）で表すことができる。第２の光電力計９２は、光電力値Ｐｍａｘとして、式（１９）の値を記録する。
【数１９】
2016191817.tif 000021
次に、第２の光分岐器７０は、第１の光位相シフタ８４の位相シフト量を固定したまま、分岐比ｔを調整して第２の光電力計９２の光電力値を（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）に設定する（工程３０４）。すなわち、第２の光分岐器７０が分岐比tを調整して第２の光電力計９２の光電力値を（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）に設定すると、式（１８）、および式（１９）から（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）は式（２０）で表すことができる。
【数２０】
2016191817.tif 000022
式（２０）は式（１６）と一致するので、第１の反射戻り光５６が最小となる最適な状態に第２の光分岐器７０の分岐比ｔ、および第１の光位相シフタ８４の位相シフト量を同時に設定できたことになる。
本制御方法によれば、光反射点２３の位置や光電界反射率、第１の光反射器３４の位置や光電界反射率、第２の光分岐器７０の分岐比ｔ等が不明であっても、工程３０１〜３０４を順番に実施するだけで、第１の反射戻り光５６が最小となる最適な状態を実現することができる。
【００３４】
［第３の実施形態］
次に本発明の第３の実施形態に関して図４を参照して以下に説明する。なお、図４は本実施形態の光集積回路の回路構造を示す模式的なブロック図である。
【００３５】
本実施形態の第３の光集積回路１０３は、第２の実施形態の第２の光集積回路１０２の第２の光導波路４２、および第３の光導波路４３上に第３の光電力計９３、および第４の光電力計９４を更に配置した構成となっている。
第３の光電力計９３は、第２の光分岐器７０と、光反射点２３との間に位置している。第３の光電力計９３は、第２の光導波路４２を介して、第２の光分岐器７０の第３の出力ポート７３と光学的に接続されている。また、第３の光電力計９３は、第２の光分岐器７０の第３の出力ポート７３が出力する第１の出力光５３の光電力値を測定する。以下では、第３の光電力計９３が測定した第１の出力光５３の光電力値を、第３の光電力計９３の光電力値と呼ぶことがある。
第４の光電力計９４は、第２の光分岐器７０と、第１の光位相シフタ８４との間に位置している。第４の光電力計９４は、第３の光導波路４３を介して、第２の光分岐器７０の第４の出力ポート７４と光学的に接続されている。また、第４の光電力計９４は、第２の光分岐器７０の第４の出力ポート７４が出力する第２の出力光５４の光電力値を測定する。以下では、第４の光電力計９４が測定した第２の出力光５４の光電力値を、第４の光電力計９４の光電力値と呼ぶことがある。
次に、第３の光集積回路１０３を光送信器の一部として考えた場合における光送信器の光電力値について説明する。光送信器は、第２の光分岐器７０の第３の出力ポート７３が出力する第１の出力光５３の光電力から、光反射点２３が反射する第１の反射光５８の光電力を除いた分の光電力値の光を出力すると想定する。
【００３６】
本実施形態によれば、第３の光電力計９３、および第４の光電力計９４の光電力値を用いて第２の光分岐器７０の分岐比ｔを計算することができる。また、本実施形態は、第３の入力ポート７２が出力する第２の反射戻り光５７の光電力値を第２の光電力計９２で測定しながら第１の光反射器３４の光電界反射率および第１の光位相シフタ８４の位相シフト量を調整する。このような構成により、第３の光集積回路１０３は、第１の実施形態の第１の光集積回路１０１に比べてより容易に光位相差条件および光電力比条件を満足させることができる特徴がある。
【００３７】
次に、第３の実施形態に好適な、各構成要素の具体的な態様について説明する。
第１の光反射器３４の具体的な構成としては、第１の実施形態と同様に、図１１に示すような、第９の分岐器内光導波路２４１を含み、第２の干渉計内位相シフタ２４３を内蔵したマッハツェンダ干渉計型ループミラー２４０が、光損失が小さく光電界反射率を容易に調整できる点で好適である。また、光電界反射率を調整できる光反射器の別の例としては、図１２に示すような光電界反射率が固定のループミラー２５０と、第１０の干渉計内光導波路２５１と、光減衰器または光増幅器２５２とを組み合わせた構成でもよい。
【００３８】
第３の光電力計９３、および第４の光電力計９４の具体的な構成としては、光の損失や反射が小さいものが好ましく、このような光電力計としては非特許文献１に開示されているContact Less Integrated Photonic Probe (CLIPP)が好適である。
【００３９】
次に、第３の光集積回路１０３の動作原理と制御方法を図５を参照して説明する。図５は本実施形態において、半導体レーザ６１への第１の反射戻り光５６が最小となる最適な状態に設定するために、第１の光反射器３４の光電界反射率ｓｒ、および第１の光位相シフタ８４の位相シフト量を設定する手順を示した工程フロー図である。
各素子の光電力透過率、および光電界反射率等の表示を第２の実施形態と同様とすると、第２の光分岐器７０の第３の入力ポート７２が出力する第２の反射戻り光５７の光電力値Ｐ５７は、式（１５）で表すことができる。したがって、光電力値Ｐ５７は、分岐比tによらず、式（２１）のとき、最小値をとる。
【数２１】
2016191817.tif 000023
したがって、まず、第１の光位相シフタ８４は、位相シフト量を調整して、第２の光電力計９２の光電力値を最小化する（工程５０１）。
次に、第１の光反射器３４は、光電界反射率を調整して第２の光電力計９２の光電力値を最小化する（工程５０２）。工程５０１、および５０２を行うことによって、式（２１）の状態を得ることができる。なお、工程５０１と５０２は順番が逆でも良いし、第２の光電力計９２の光電力値が最小になるまで繰り返してもよい。
次に、第３の光電力計９３は、第２の光電力計９２の光電力値が最小となった時の、第３の光電力計９３の光電力値Ｐ３を記録する。第４の光電力計９４は、第２の光電力計９２の光電力値が最小となった時の、第４の光電力計９４の光電力値Ｐ４を記録する（工程５０３）。
次に、第１の光反射器３４の光電界反射率を固定したまま、第１の光位相シフタ８４は、位相シフト量を調整して第２の光電力計９２の光電力値を最大化する。そして、第２の光電力計９２は、その時の光電力値（Ｐｍａｘ’）を記録する（工程５０４）。具体的には、第２の光電力計９２の光電力値（Ｐｍａｘ’）は、式（１５）に式（２２）を代入した式（２３）で表すことができる。
【数２２】
2016191817.tif 000024
【数２３】
2016191817.tif 000025
式（８），式（１６），式（２３）から、第１の反射戻り光５６が最小となるときの第２の反射戻り光５７の光電力値は、式（２４）で与えられる。
【数２４】
2016191817.tif 000026
次に、第１の光反射器３４は、光電界反射率を調整して第２の光電力計９２の光電力値をＰｍａｘ’／（４ｔ２）に設定する（工程５０５）。第１の光反射器３４は、工程５０４で第２の光電力計９２が光電力値（Ｐｍａｘ’）を記録すれば、あとは第２の光分岐器７０の分岐比tが分かれば、工程５０５を行うことで、第１の反射戻り光５６が最小となるように光電界反射率ｒを設定できる。
分岐比tは、工程５０３において、第３の光電力計９３、および第４の光電力計９４を用いて第２の光分岐器７０の第１の出力光５３、および第２の出力光５４の光電力を測定できれば計算できる。しかしながら、CLIPPを第３の光電力計９３、および第４の光電力計９４に用いた場合、CLIPPは光の進行方向を区別することが出来ないので、第３の光電力計９３の光電力の測定値は、第２の光分岐器７０からの第１の出力光５３の光電力値と、光反射点２３からの第１の反射光５８の光電力値の和となる。同様に、第４の光電力計９４の光電力の測定値は、第２の光分岐器７０からの第２の出力光５４の光電力値と第１の光反射器３４からの第２の反射光５９の光電力値の和となる。したがって、第３の光電力計９３の光電力値（Ｐ３）、および第４の光電力計９４の光電力値（Ｐ４）は、それぞれ、式（２５）、式（２６）で表すことができる。
【数２５】
2016191817.tif 000027
【数２６】
2016191817.tif 000028
第２の光分岐器７０の分岐比ｔは、ｓ＝１の場合に限っては、式（２５）、および式（２６）から、式（２７）で表すことができる。
【数２７】
2016191817.tif 000029
前述の通り、工程５０１および５０２を実行した後は、第１の光反射器３４の光電界反射率を調整して第２の光電力計９２の光電力値を最小化しているため、ｓ＝１が実現されている。そのため、工程５０３に示すように第３の光電力計９３は、光電力値（Ｐ３）を記録し、および第４の光電力計９４は、光電力値（Ｐ４）を記録しておく。これにより、第２の光分岐器７０は、式（２７）を用いて第１の反射光５８、および第２の反射光５９の影響を受けずに分岐比tを計算することができる。なお、工程５０３と５０４は順番が逆でも良い。
【００４０】
［第４の実施形態］
次に本発明の第４の実施形態に関して図６を参照して以下に説明する。なお、図６は本実施形態の光集積回路の回路構造を示す模式的なブロック図である。
【００４１】
本実施形態の第４の光集積回路１０４は、第２の実施形態の第２の光集積回路１０２の光反射点２３、および第１の光反射器３４が、それぞれ第１の回折格子型結合器２８、および第２の回析格子型結合器３９で構成されている。第１の回折格子型結合器２８、および第２の回析格子型結合器３９は、それぞれが基板の外に出力する光の偏光が互いに直交し、単一の外部光導波路に結合するように配置されている。
次に、第４の光集積回路１０４を光送信器の一部として考えた場合における光送信器の光電力値について説明する。本実施形態では、第１の回析格子型結合器２８は、第２の光分岐器７０の第３の出力ポート７３が出力する第１の出力光５３から第１の回折格子型結合器２８による第１の反射光５８を除いた分の光電力の光を送信器の出力として出力すると想定する。同様に、第２の回析格子型結合器３９が、第２の光分岐器７０の第４の出力ポート７４が出力する第２の出力光５４から、第２の回折格子型結合器３９による第２の反射光５９を除いた分の光電力の光を光送信器の出力として出力すると想定する。
【００４２】
本実施形態によれば、第１の回折格子型結合器２８、および第２の回析格子型結合器３９が基板の外に出力する光は、互いに偏光が直交している。したがって、第１の回析格子型結合器２８、および第２の回析格子型結合器３９がそれぞれ出力する光は、外部光導波路がシングルモード光導波路であるか、マルチモード光導波路であるかに関わらず、互いに干渉することなく外部光導波路に結合することができる。すなわち、第４の光集積回路１０４は、特許文献１および２で課題となっていた３ｄＢ 以上の原理的な光損失やマルチモード導波路への結合およびマルチモード導波路内での伝送における不安定等が生じない特徴がある。
また、第４の光集積回路１０４は、第１の回折格子型結合器２８、および第２の回析格子型結合器３９の光電界反射率が異なっていても、第２の実施形態と同様に第２の光分岐器７０の分岐比ｔを制御することで、半導体レーザ６１への第１の反射戻り光５６を最小にすることができる。
さらに、第４の光集積回路１０４は、第１の回折格子型結合器２８、および第２の回析格子型結合器３９に類似の構造を用いることにより、両者の反射特性の波長依存性や温度依存性を一致させ、より広い波長範囲、および温度範囲で反射低減が可能となる特徴がある。
【００４３】
より具体的には、第４の光集積回路１０４では、図６に示すように、半導体レーザ６１が第１の光導波路４１に入力する第１の光の偏光６６を、TE（Transverse Electric）-likeモード、すなわち図６においてｙ軸と平行な方向とする。第５の光導波路４８から第１の回析格子型結合器２８に入力する第２の光の偏光６８は、ｘ軸と平行な方向とする。第６の光導波路４９から第２の回析格子型結合器３９に入力する第３の光の偏光６９は、ｙ軸と平行な方向とする。
第４の光集積回路１０４は、第１の回折格子型結合器２８に接続される第５の光導波路４８と、第２の回折格子型結合器３９に接続される第６の光導波路４９が互いに直交するように配置する。第５の光導波路４８と、第６の光導波路４９とを、このように配置することで、第４の光集積回路１０４において、第１の回折格子型結合器２８、および第２の回析格子型結合器３９内を伝搬する光の進行方向を互いに直交させることができる。さらに、第５の光導波路４８と、第６の光導波路４９とが、互いに直交しているため、第１の回折格子型結合器２８が出力する第２の光の偏光６８と、第２の回折格子型結合器３９が出力する第３の光の偏光６９を直交させることができる。
なお、外部光導波路への結合効率の改善および反射戻り光の低減を行うためには、第１の回折格子型結合器２８、および第２の回析格子型結合器３９に適宜チャープ、アポダイズ、２次元レンズ構造等を適用すると、より好適である。第４の実施形態においては、半導体レーザ６１への第１の反射戻り光５６を最小にするための調整方法については、第２または第３の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【００４４】
次に本発明の第５の実施形態に関して図７を参照して以下に説明する。なお、図７は本実施形態の光集積回路の回路構造を示す模式的なブロック図である。
【００４５】
本実施形態の第５の光集積回路１０５は、第４の実施形態の第４の光集積回路１０４において、半導体レーザ６１と第２の光分岐器７０の間に光変調器６５を設置している。更に、第５の光集積回路１０５は、第２の光反射器１３４、第３の光分岐器１７０、第２の光位相シフタ１８４、第５の光電力計１９２を備えている。
第４の実施形態の第４の光集積回路１０４では、第１の回折格子型結合器２８および第２の回析格子型結合器３９からの反射光５８および５９が半導体レーザ６１に入力する反射戻り光５１となる比率を最小にする手段を提供しているが、本実施形態の第５の光集積回路１０５ではそれに加えて光変調器６５からの第３の反射光１５８が半導体レーザ６１に入力する第３の反射戻り光１５６となる比率を最小にする手段を提供している。そのため、本実施形態は、第３の反射戻り光１５６の光電力を低減するために、半導体レーザ６１と光変調器６５の間に、第２の実施形態で示した第２の光集積回路１０２から半導体レーザ６１を除いた構成を設置した構成となっている。
すなわち、第５の光集積回路１０５における第３の光分岐器１７０、光変調器６５、第２の光反射器１３４、第２の光位相シフタ１８４、第５の光電力計１９２は、それぞれ第２の光集積回路１０２における第２の光分岐器７０、光反射点２３、第１の光反射器３４、第１の光位相シフタ８４、第２の光電力計９２と同様に機能する。
次に、第５の光集積回路１０５を光送信器の一部として考えた場合における光送信器の光電力値について説明する。光送信器は、第１の回折格子型結合器２８、および第２の回析格子型結合器３９が光を出力すると想定する。
【００４６】
本実施形態によれば、第１の回折格子型結合器２８が出力する第１の反射光５８だけでなく、光変調器６５からの第３の反射光１５８も低減することができる。
以上、本発明の第１の実施形態〜第５の実施形態によれば、本発明を用いることで、光集積回路内で反射の発生が想定される箇所ごとに反射の種類に応じた反射戻り光低減構造を設置することで、個別に様々な反射戻り光を低減することができる。
上記の各実施形態の一部、または全部は、以下の付記のようにも記載されうる。なお、以下の付記は本発明をなんら限定するものではない。
［付記１］
入力光を受ける第１の入力ポートと、前記入力光を分割して、第１及び第２の出力光としてそれぞれ出力する第１及び第２の出力ポートとを少なくとも備えた光分岐部と、
前記第１及び前記第２の出力ポートにそれぞれ接続され前記第１及び第２の出力光をそれぞれ第１及び第２の反射光として反射する第１及び第２の光反射部と、
を含み、
前記第１の入力ポートに入射した前記入力光が前記第１の出力ポート、前記第１の光反射部、前記第１の出力ポート、前記第１の入力ポートの順に往復する第１の光経路の光位相変化量と、前記第１の入力ポートに入射した前記入力光が前記第２の出力ポート、前記第２の光反射部、前記第２の出力ポート、前記第１の入力ポートの順に往復する第２の光経路の光位相変化量との間の光位相差が、実質的にπの奇数倍に設定されており、
前記第１及び前記第２の出力ポートがそれぞれ出力する前記第１及び前記第２の出力光の光電力比が、前記第１及び前記第２の出力ポートにそれぞれ入射する前記第１及び前記第２の反射光の光電力比の逆数に実質的に等しくなるように設定されていることを特徴とする光集積回路。
［付記２］
前記第１及び前記第２の光経路内の少なくとも一方に、前記第１の反射光と、前記第２の反射光との光位相差を調整できる光位相調整部を更に含むことを特徴とする付記１に記載の光集積回路。
［付記３］
前記光位相調整部は、前記第１及び前記第２の光経路内の少なくとも一方の一部の温度、キャリア密度、電界、応力、およびひずみの少なくとも１つを調整することを特徴とする付記２に記載の光集積回路。
［付記４］
前記光分岐部は、前記第１及び第２の出力光の光電力比を調整する手段を含むことを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の光集積回路。
［付記５］
前記第１及び前記第２の光経路内の少なくとも一方に、前記第１及び前記第２の出力光の光電力の比を調整することができる光電力調整部を更に含むことを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光集積回路。
［付記６］
前記光電力調整部は、光減衰器、または光増幅器であることを特徴とする付記５に記載の光集積回路。
［付記７］
前記第１及び第２の光反射部の少なくとも一方は、反射率を調整する機能を有することを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の光集積回路。
［付記８］
前記第１及び前記第２の光反射部は、いずれも回析格子型結合器であり、前記回析格子型結合器は、それぞれが出力する光の偏光が互いに直交し、かつ単一の外部の光導波路に結合するように配置されていることを特徴とする付記１〜７のいずれかに記載の光集積回路。
［付記９］
前記第１の入力ポートに、前記第１の入力ポートが出力する反射戻り光の光電力を測定する第１の光電力計が光学的に接続されていることを特徴とする付記１〜８のいずれかに記載の光集積回路。
［付記１０］
前記光分岐部は、少なくとも第２の入力ポートを更に備え、
前記第２の入力ポートに前記第２の入力ポートが出力する反射戻り光の光電力を測定する第２の光電力計が光学的に接続されていることを特徴とする付記１〜９のいずれかに記載の光集積回路。
［付記１１］
前記第１及び前記第２の出力ポートに、それぞれ光電力を測定する第３及び第４の光電力計が光学的に接続されていることを特徴とする付記１０に記載の光集積回路。
［付記１２］
前記第１の入力ポートに半導体レーザが接続されていることを特徴とする付記１〜１１のいずれかに記載の光集積回路。
［付記１３］
前記半導体レーザの出力光を検出できる位置に、相対強度雑音測定器を備えることを特徴とする付記１２に記載の光集積回路。
［付記１４］
少なくとも前記光分岐部、前記第１の光反射部、前記第２の光反射部が同一基板上に集積されていることを特徴とする付記１〜１３のいずれかに記載の光集積回路。
［付記１５］
更に前記半導体レーザも前記同一基板上に集積されていることを特徴とする付記１４に記載の光集積回路。
［付記１６］
入力光を受ける第１の入力ポートと、前記入力光を分割して、第１及び第２の出力光としてそれぞれ出力する第１及び第２の出力ポートとを少なくとも備えた光分岐部と、前記第１及び前記第２出力ポートにそれぞれ接続され前記第１及び第２の出力光をそれぞれ第１及び第２の反射光として反射する第１及び第２の光反射部と、を含む光集積回路の制御方法であって、
前記第１の入力ポートに入射した前記入力光が前記第１の出力ポート、前記第１の光反射部、前記第１の出力ポート、前記第１の入力ポートの順に往復する際の光位相変化量と、前記第１の入力ポートに入射した前記入力光が前記第２の出力ポート、前記第２の光反射部、前記第２の出力ポート、前記第１の入力ポートの順に往復する際の光位相変化量との間の光位相差を、実質的にπの奇数倍に設定する工程と、
前記第１及び前記第２の出力ポートがそれぞれ出力する前記第１及び前記第２の出力光の光電力比を、前記第１及び前記第２の出力ポートにそれぞれ入射する前記第１及び前記第２の反射光の光電力比の逆数に実質的に等しくなるように設定する工程と、を含むことを特徴とする光集積回路の制御方法。
［付記１７］
前記第１の光経路内、および前記第２の光経路内の少なくとも一方の一部の温度、キャリア密度、電界、応力、およびひずみの少なくとも１つを調整する、ことを特徴とする付記１６に記載の光集積回路の制御方法。
［付記１８］
前記光電力比を設定する工程では、前記第１及び第２の出力光の光電力比を調整することを特徴とする付記１６または１７に記載の光集積回路の制御方法。
［付記１９］
前記第１及び前記第２の光反射部の光電界反射率の少なくとも一方を調整する工程を含むことを特徴とする付記１６〜１８のいずれかに記載の光集積回路の制御方法。
［付記２０］
前記光分岐部は、少なくとも第２の入力ポートを更に備え、
前記第２の入力ポートに前記第２の入力ポートが出力する反射戻り光の光電力を測定する工程を含む、付記１６〜１９のいずれかに記載の光集積回路の制御方法。
［付記２１］
付記１１に記載の光集積回路の制御方法であって、
前記光電力比を調整して前記第２の光電力計の光電力値を最大にする工程と、
前記光位相差を調整して前記第２の光電力計の光電力値を最小にし、その光電力値Ｐｍｉｎを記録する工程と、
前記光位相差を調整して前記第２の光電力計の光電力値を最大にし、その光電力値Ｐｍａｘを記録する工程と、
前記光電力比を調整して前記第２の光電力計の光電力値をＰｍａｘ−Ｐｍｉｎに設定する工程と、を含むことを特徴とする光集積回路の制御方法。
［付記２２］
付記１２に記載の光集積回路の制御方法であって、
前記光位相差を調整して、前記第２の光電力計の光電力値を最小にする工程と、
前記光電力比を調整して、前記第２の光電力計の光電力値を最小にする工程と、
前記光位相差を調整して、前記第２の光電力計の光電力を最大にし、その時の前記第２の光電力計の光電力値Ｐｍａｘと、前記第３の光電力計の光電力値Ｐ３と、前記第４の光電力計の光電力値Ｐ４を記録する工程と、
前記光電力比を調整して前記第２の光電力計の光電力値をＰｍａｘ（１＋Ｐ３／Ｐ４）２／４に設定する工程と、を含むことを特徴とする光集積回路の制御方法。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・光分岐部
２・・・光集積回路
３・・・第１の光反射部
４・・・第２の光反射部
１０・・・第１の光分岐器
１１・・・第１の入力ポート
１３・・・第１の出力ポート
１４・・・第２の出力ポート
２３・・・光反射点
２８・・・第１の回析格子型結合器
３４・・・第１の光反射器
３９・・・第２の回折格子型結合器
４１・・・第１の光導波路
４２・・・第２の光導波路
４３・・・第３の光導波路
４４・・・第４の光導波路
４８・・・第５の光導波路
４９・・・第６の光導波路
５１・・・入力光
５３・・・第１の出力光
５４・・・第２の出力光
５６・・・第１の反射戻り光
５７・・・第２の反射戻り光
５８・・・第１の反射光
５９・・・第２の反射光
６１・・・半導体レーザ
６５・・・光変調器
６６・・・第１の光の偏光
６８・・・第２の光の偏光
６９・・・第３の光の偏光
７０・・・第２の光分岐器
７１・・・第２の入力ポート
７２・・・第３の入力ポート
７３・・・第３の出力ポート
７４・・・第４の出力ポート
８４・・・第１の光位相シフタ
９２・・・第２の光電力計
９３・・・第３の光電力計
９４・・・第４の光電力計
１０１・・・第１の光集積回路
１０２・・・第２の光集積回路
１０３・・・第３の光集積回路
１０４・・・第４の光集積回路
１０５・・・第５の光集積回路
１３４・・・第２の光反射器
１５６・・・第３の反射戻り光
１５８・・・第３の反射光
１７０・・・第３の光分岐器
１８４・・・第２の光位相シフタ
１９２・・・第５の光電力計
２１０・・・方向性結合器
２１１・・・第１の分岐器内光導波路
２１２・・・第２の分岐器内光導波路
２２０・・・マルチモード干渉結合器
２２１・・・第３の分岐器内光導波路
２２２・・・第４の分岐器内光導波路
２２３・・・第５の分岐器内光導波路
２２４・・・第６の分岐器内光導波路
２２５・・・マルチモード領域
２３０・・・マッハツェンダ干渉計
２３１・・・第７の分岐器内光導波路
２３２・・・第８の分岐器内光導波路
２３３・・・第１の干渉計内光位相シフタ
２４０・・・マッハツェンダ干渉計型ループミラー
２４１・・・第９の分岐器内光導波路
２４３・・・第２の干渉計内光位相シフタ
２５０・・・ループミラー
２５１・・・第１０の干渉計内光導波路
２５２・・・光減衰器または光増幅器
【図１】
2016191817.tif 000030
【図２】
2016191817.tif 000031
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016191817.tif 000034
【図６】
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【図７】
2016191817.tif 000036
【図８】
2016191817.tif 000037
【図９】
2016191817.tif 000038
【図１０】
2016191817.tif 000039
【図１１】
2016191817.tif 000040
【図１２】
2016191817.tif 000041
【図１３】
2016191817.tif 000042
【図１４】
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