(57)【要約】【課題】入射する光の任意の偏波状態の光波を特定の直線偏波に変換し光変調を行なう光集積回路のフットプリントを縮小するとともに量産性を向上することができる光集積回路を提供する。【解決手段】実施形態の光集積回路が、第１光導波路の出射端に接続され、第１光導波路からのＴＥ０モードの光を変換せずに第２光導波路に出射し、第１光導波路からのＴＭ０モードの光をＴＥ０モードに変換して第３光導波路に分岐するモード変換分岐部と、第２光導波路からの光と第３光導波路からの光とを一つの合波光に合波して、合波光を第４光導波路と第５光導波路とに分岐する光合波分岐部と、第４光導波路と第５光導波路との少なくとも一方に設けられ、導波する光の位相を電気信号によって変調するように構成される位相変調部と、第４光導波路と第５光導波路からの光を一つに合波する光合波部とを有する。【選択図】図１
2017181611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光集積回路であって、
任意の偏波状態の光を導波する第１光導波路と、
前記第１光導波路の出射端に接続され、前記第１光導波路からのＴＥ０モードの光を変換せずに第２光導波路に出射し、前記第１光導波路からのＴＭ０モードの光をＴＥ０モードに変換して第３光導波路に出射するモード変換分岐部と、
前記第２光導波路と前記第３光導波路とに接続され、前記第２光導波路からの光と前記第３光導波路からの光とを一つの合波光に合波して、前記合波光を第４光導波路と第５光導波路とに分岐する光合波分岐部と、
前記第４光導波路及び前記第５光導波路の少なくとも一方に設けられ、導波する光の位相を電気信号によって変調するように構成される位相変調部と、
前記第４光導波路と前記第５光導波路とに接続され、前記第４光導波路と前記第５光導波路からの光を一つに合波する光合波部と、を備える光集積回路。
【請求項２】
請求項１に記載の光集積回路であって、
前記モード変換分岐部は、
前記第１光導波路の出射端に接続され、前記第１光導波路からのＴＭ０モードの光をＴＥｎモードの光に変換するモード変換部と、
前記モード変換部の後段に設けられ、前記モード変換部からのＴＥ０モードの光を変換せずに第２光導波路に出射し、前記モード変換部からの前記ＴＥｎモードの光を前記第３光導波路に出射することでＴＥ０モードの光に変換するモード分岐部と、を有する光集積回路。
ここで、ｎは自然数を表す。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光集積回路であって、
前記第２光導波路及び前記第３光導波路の少なくとも一方に設けられ、前記光合波分岐部に入射する光の位相を調整するように構成される位相調整部をさらに備える光集積回路。
【請求項４】
請求項３に記載の光集積回路であって、
前記位相変調部に生じる光電流を検出するモニタ部をさらに備える光集積回路。
【請求項５】
請求項４に記載の光集積回路であって、
前記位相変調部にそれぞれ電気的に接続されるバイアス電源と接地電極とをさらに備え、
前記モニタ部は、前記位相変調部と前記バイアス電源との間、又は前記位相変調部と接地電極との間に配置される光集積回路。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の光集積回路であって、
前記モニタ部によって検出された前記光電流の強度に応じて前記位相調整部に印加するＤＣ電圧又はＤＣ電流をフィードバック制御するフィードバック機構をさらに備える光集積回路。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の光集積回路であって、
前記第２光導波路の光路長と前記第３光導波路の光路長とが異なる光集積回路。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の光集積回路であって、
前記光合波部に少なくとも一つの出射端が設けられ、
前記第１光導波路が連続光を導波する場合に、前記位相変調部で変調された光信号が前記光合波部の少なくとも一つの前記出射端から出力されるように構成される光集積回路。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか一項に記載の光集積回路であって、
前記光合波部に少なくとも二つの出射端が設けられ、
前記第１光導波路が光変調された光信号を導波する場合に、前記位相変調部で変調された光信号を前記光合波部の出射端のうちの一方が選択されて出力されるように構成される光集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光通信で伝送される情報量は増加の一途を辿っている。情報量の増加に対応するため、伝送速度の高速化や、波長多重通信によるチャネル数の増設などの対策が進められている。特に、高速度の情報通信を目的とした次世代の１００Ｇｂｐｓデジタルコヒーレント伝送技術においては、電界が直交する２つの偏波モードに情報を載せる偏波多重方式が利用されている。偏波多重方式を用いることで、単一の偏波を利用した光伝送システムと比較して単位時間当たりの情報量を２倍にすることができる。
【０００３】
このような偏波多重方式を含む高速通信用の光変調方式においては、小型化や低コスト化の観点から基板型光導波路素子を用いた光集積回路の研究が行われている。
特に高速でかつ大容量の光ファイバーネットワークを実現するため、基板型光導波路素子において、入射する光の任意の偏波状態かつ単一モードの光波を特定の直線偏波に変換し、光信号処理を行なう技術の改良が進められている。
【０００４】
特許文献１には、干渉計により構成された光回路を用いて偏光度モニタやOSNR（optical signal-to-noise ratio）モニタを構成し、入射する光の任意の偏波状態の光波を特定の直線偏波に変換することが開示されている。特に特許文献１の光回路では、光分岐部に偏波ビームスプリッタを設けて２本のアーム導波路にそれぞれ異なる偏波の光波を出力し、これらのアーム導波路のうちの一方に偏波面を９０°回転する偏波回転器が挿入されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５３１９４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の光回路の構成では偏波回転器が設けられているため、前段の対称型マッハツェンダ干渉計の各アーム導波路の長さがその分冗長となるおそれがある。この場合、アーム導波路の長さを短縮できないため、フットプリントを縮小できず、回路全体の小型化が困難である。また、アーム導波路の長さが短縮できないと、マッハツェンダ干渉計の加工誤差や導波路コアの膜厚分布などにより生ずる位相誤差を解消することが困難である。このため、製造歩留りが低下して製造コストが上昇するおそれがある。また、温度依存性を低減することも困難となり、光素子としての安定動作を確保することができないおそれがある。
【０００７】
また、特許文献１の光回路では、少なくともひとつの出力ポートから出力される光信号の強度を検知することによって、光位相器が制御される。このような原理および構成に基づいて偏光度モニタやOSNRモニタなどの光素子を構成すると、光素子のフットプリントの縮小は光検出器により制限されるおそれがある。また光検出器を導入することにより光素子の製造コストが上昇することも考えられる。
【０００８】
さらに、特許文献１の光回路では、仮に光検出器を導入しようとすると、光検出器を駆動・制御するための電子回路が必要となり、電子回路による寸法増大およびコスト上昇に加えて電子回路を駆動する電力が必要となり、消費電力の低減が困難となりうる。
【０００９】
従って、特許文献１の光回路では、光信号処理を行なう光回路のフットプリントを縮小すること、製造コストを低減すること、動作安定性を確保すること、および消費電力を低減することが困難となりうる。
【００１０】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型化、製造コストの低減、動作安定性の向上、および消費電力の低減を実現できる偏波変換素子および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】
【００１１】
本発明の一態様に係る光集積回路は、任意の偏波状態の光を導波する第１光導波路と、前記第１光導波路の出射端に接続され、前記第１光導波路からのＴＥ０モードの光を変換せずに第２光導波路に出射し、前記第１光導波路からのＴＭ０モードの光をＴＥ０モードに変換して第３光導波路に出射するモード変換分岐部と、前記第２光導波路と前記第３光導波路とに接続され、前記第２光導波路からの光と前記第３光導波路からの光とを一つの合波光に合波して、前記合波光を第４光導波路と第５光導波路とに分岐する光合波分岐部と、前記第４光導波路及び前記第５光導波路の少なくとも一方に設けられ、導波する光の位相を電気信号によって変調するように構成される位相変調部と、前記第４光導波路と前記第５光導波路とに接続され、前記第４光導波路と前記第５光導波路からの光を一つに合波する光合波部と、を備える。
【００１２】
前記モード変換分岐部は、前記第１光導波路の出射端に接続され、前記第１光導波路からのＴＭ０モードの光をＴＥｎモードの光に変換するモード変換部と、前記モード変換部の後段に設けられ、前記モード変換部からのＴＥ０モードの光を変換せずに第２光導波路に出射し、前記モード変換部からの前記ＴＥｎモードの光を前記第３光導波路に出射することでＴＥ０モードの光に変換するモード分岐部と、を有してもよい。
ここで、ｎは自然数を表す。
【００１３】
上記態様に係る光集積回路は、前記第２光導波路及び前記第３光導波路の少なくとも一方に設けられ、前記光合波分岐部に入射する光の位相を調整するように構成される位相調整部をさらに備えてもよい。
【００１４】
上記態様に係る光集積回路は、前記位相変調部に生じる光電流を検出するモニタ部をさらに備えてもよい。
【００１５】
上記態様に係る光集積回路は、前記位相変調部にそれぞれ電気的に接続されるバイアス電源と接地電極とをさらに備え、前記モニタ部は、前記位相変調部と前記バイアス電源との間、又は前記位相変調部と接地電極との間に配置されてもよい。
【００１６】
上記態様に係る光集積回路は、前記モニタ部によって検出された前記光電流の強度に応じて前記位相調整部にＤＣ電圧もしくはＤＣ電流を印加してフィードバック制御するフィードバック機構をさらに備えてもよい。
【００１７】
前記第２光導波路の光路長と前記第３光導波路の光路長とが異なってもよい。
【００１８】
前記光合波部に少なくとも一つの出射端が設けられ、前記第１光導波路が連続光を導波する場合に、前記位相変調部で変調された光信号が前記光合波部の少なくとも一つの前記出射端から出力されるように構成されてもよい。
【００１９】
前記光合波部に少なくとも二つの出射端が設けられ、前記第１光導波路が光変調された光信号を導波する場合に、前記位相変調部で変調された光信号を前記光合波部の出射端のうちの一方が選択されて出力されるように構成されてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の上記態様によれば、入射する光の任意の偏波状態の光波を特定の直線偏波に変換し光変調を行なう光集積回路のフットプリントを縮小するとともに量産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光集積回路の構成を示す図である。
【図２】モード変換分岐部の拡大図である。
【図３】位相変調部の断面図である。
【図４】矩形導波路に接続されるリブ導波路の斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る光集積回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る光集積回路１の構成図である。
光集積回路１は、光導波路１０１〜１１０と、モード変換分岐部２と、光合波分岐部（第１光合波分岐部）４と、位相変調部５Ａ、５Ｂと、光合波部６と、を備える。
【００２３】
光集積回路１に入射する光波の偏波状態は、直交する二つの直線偏波状態にある光を基底として表される。この二つの直線偏波状態は横電界（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ，  ＴＥ）モードおよび横磁気（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｍａｇｎｅｔｉｃ，  ＴＭ）モードと呼ばれる。
【００２４】
本実施形態に係る光集積回路１は、平面を有する基板上に形成される。この基板の平坦な平面を水平面とする。ＴＥモードでは、光波の電界が水平面に平行である。一方、ＴＭモードでは、光波の電界が水平面に垂直である。図１の光集積回路１に入射する光波はＴＥモードの光波およびＴＭモードの光波に分解される。光導波路１０１の入射端から図１の光集積回路１に入射する光波は基本次すなわち０次のＴＥ（ＴＥ０）モードの導波光及び０次のＴＭ（ＴＭ０）モードの導波光として光導波路１０１中を伝搬する。ここで、図１の光集積回路１に入射する光は連続光であり、ＴＥ０モードおよびＴＭ０モードの光も連続光である。
【００２５】
なお、ＴＥ０モードはＴＥモードの中で実効屈折率が一番大きなモードである。また、ＴＭ０モードはＴＭモードの中で実効屈折率が一番大きなモードである。
【００２６】
光導波路（第１光導波路）１０１は、任意の偏波状態の光を導波可能であり、光導波路１１の出射端はモード変換分岐部２の入射ポートに接続される。
【００２７】
モード変換分岐部２は、光導波路１０１の出射端に接続され、光導波路１０１からのＴＥ０モードの光を変換せずにそのまま光導波路１０２に出射する。一方、モード変換分岐部２は、光導波路１０１からのＴＭ０モードの光をＴＥ０モードに変換して光導波路１０３に出射（分岐）する。
【００２８】
光導波路１０２の出射端には、位相調整部３Ａの入射端が接続される。位相調整部３Ａの出射端には、光導波路１０４の入射端が接続される。光合波分岐部４は二つの入射ポートを有し、光合波分岐部４の一方の入射ポートには光導波路１０４の出射端が接続される。光導波路１０２の入射端から光導波路１０４の出射端までが第一段すなわち前段のマッハ‐ツェンダ干渉計の一方のアーム導波路（第２光導波路）２１を構成する。
【００２９】
光導波路１０３の出射端には、位相調整部３Ｂの入射端が接続される。位相調整部３Ｂの出射端には、光導波路１０５の入射端が接続される。光合波分岐部４の他方の入射ポートには光導波路１０５の出射端が接続される。光導波路１０３の入射端から光導波路１０５の出射端までが前段のマッハ‐ツェンダ干渉計の他方のアーム導波路（第３光導波路）２２を構成する。
【００３０】
位相調整部３Ａ、３Ｂでは、例えばＤＣ電圧やＤＣ電流が印加されることで光合波分岐部４に入射する２つのＴＥ０モードの光の位相が調整される。
本実施形態では、位相調整部は２つのアーム導波路２１、２２の両方に設けられているがこれに限定されない。２つのアーム導波路２１、２２のうちのどちらか一方のみに設けられていてもよい。また、例えば２つのアーム導波路２１，２２巻に適正な光路差を与えることで２つのＴＥ０モードの光間の位相差をなくすことができれば、位相調整部を含めない構成を採用してもよい。
【００３１】
光合波分岐部４は二つの入射ポートを有し、光導波路１０４及び光導波路１０５から出射される２つのＴＥ０モードの光を一つの光に合波する。
さらに、光合波分岐部４は二つの出射ポートを有する。光合波分岐部４の一方の出射ポートには光導波路１０６の入射端が接続され、光合波分岐部４の他方の出射ポートには光導波路１０７の入射端が接続される。これにより、光合波分岐部４は、合波された光を光導波路１０６と光導波路１０７とに分岐する。
【００３２】
なお、光合波分岐部４において、光のモード変換は行われず、合波されたＴＥ０モードの光が二つの光に分岐される。分岐比としては等分率で分岐することが好ましい。光合波分岐部４からの出射光が等分率であれば、後述する光合波部６からの出射光のＯＮ／ＯＦＦの制御ができる。
【００３３】
光導波路１０６の出射端には位相変調部５Ａの入射端が接続される。位相変調部５Ａの出射端には光導波路１０８の入射端が接続される。光合波部６は二つの入射ポートを有し、光合波部６の一方の入射端には光導波路１０８の出射端が接続される。光導波路１０６の入射端から光導波路１０８の出射端までが第二段すなわち後段のマッハ‐ツェンダ干渉計の一方のアーム導波路（第４光導波路）２３を構成する。
【００３４】
光導波路１０７の出射端には位相変調部５Ｂの入射端が接続される。位相変調部５Ｂの出射端には光導波路１０９の入射端が接続される。光合波部６の他方の入射端には光導波路１０９の出射端が接続される。光導波路１０７の入射端から光導波路１０９の出射端までが後段のマッハ‐ツェンダ干渉計の他方のアーム導波路（第５光導波路）２４を構成する。
【００３５】
位相変調部５Ａ、５Ｂでは、例えば入力されるＡＣの変調電気信号や、印加されるＤＣ逆バイアスによって光合波部６に入射する２つのＴＥ０モードの光の位相が調整される。
【００３６】
なお本実施形態では、位相変調部が２つのアーム導波路の両方に設けられているがこれに限定されない。２つのアーム導波路のうちのどちらか一方のみに位相変調部が設けられていてもよい。
【００３７】
光合波部６は光導波路１０８と光導波路１０９とから出射される光を一つに合波する。光合波部６の出射端には光導波路１１０の入射端が接続される。本実施形態では、光導波路１１０の出射端が光集積回路１の出射ポートとなる。
【００３８】
位相変調部５Ａ、５Ｂに入力されるＡＣの変調電気信号や、印加されるＤＣ逆バイアスによって、光合波部６に入射する２つのＴＥ０モードの光の位相を調整することで、光合波部６から出力される光信号のＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。これは光合波部６において２つのＴＥ０モードの光が干渉することを利用する。
【００３９】
上記構成を用いることで、マッハ‐ツェンダ干渉計の前段で、マッハ‐ツェンダ干渉計に入射する光のモードをすべてＴＥ０モードに変換することが可能である。従って、偏波回転器などをマッハ‐ツェンダ干渉計内に配置する必要がない。
それにより、光集積回路１のフットプリントを縮小するとともに量産性を向上することができる。
【００４０】
［モード変換分岐部２の構成］
モード変換分岐部２の一例について図２を用いて詳細に説明する。
光導波路１０１の出射端はモード変換分岐部２の光導波路２０１の入射端に接続される。
【００４１】
光導波路２０１の入射端はモード変換分岐部１０２の入射ポートを構成する。光導波路２０１の出射端はモード変換部２Ａの入射端に接続される。モード変換部２Ａでは、ＴＭ０モードの導波光のみが高次のＴＥモード、例えばＴＥ１モードの導波光に変換され、モード変換部２Ａの出射端から光導波路２０２に出射される。一方、ＴＥ０モードの導波光は変換されずにＴＥ０モードのままモード変換部２Ａの出射端から光導波路２０２に出射される。
【００４２】
モード変換部２Ａの出射端には光導波路２０２の入射端が接続される。光導波路２０２の出射端はモード分岐部２Ｂの入射端に接続される。
【００４３】
モード分岐部２Ｂは２つの出射ポートを有し、一方の出射ポートからはＴＥ０モードの導波光のみが光導波路２０３に対して出射される。他方の出射ポートからはＴＥ１モードの導波光のみが分岐されることでＴＥ０モードに変換された後、光導波路２０４に対して出射される。そして光導波路２０３の出射端は図１における光導波路１０２に接続される。また、光導波路２０４の出射端は図１における光導波路１０３に接続される。
【００４４】
なおモード変換部２Ａにおいて、ＴＭ０モードの導波光から変換されるモードはＴＥ１モードに限定されず、高次のＴＥモード（ＴＥｎモード、ここで、ｎは自然数を表す。）であればよい。
モードの次数が大きくなると導波路の幅を広くする必要があり、設計上困難である。したがって、設計の容易性の観点では、ＴＥ１に変換することが好ましい。
一方、モード分岐部２Ｂでの変換前後の次数が近いと分岐されずに光導波路２０５に高次モードが混在するおそれがある。そのため、モード分岐部２Ｂでの分岐比を高めて、消光比を高める観点では、例えばモード変換部２ＡにおいてＴＥ２モードなどの次数が離れたモードに変換することが好ましい。
なお、導波路回路を用いたモード変換部およびモード分岐部としては、例えば、特許第５６９７７７８号公報に提示されている構成を用いることができる。
【００４５】
このように、本実施形態では、まず偏波モードの変換を行った後に単一偏波でのモード分岐・変換を行なう。それにより、マッハ‐ツェンダ干渉計の各アームに導波光が入射する前に偏波モードの変換が完了する。
【００４６】
よって、従来技術の光回路のアーム導波路に装入された偏波回転器を省略することができ、各アーム導波路の長さを短縮することが可能となる。この構成は広い波長帯域で機能し、例えば、光通信のＣおよびＬバンド全域で機能することが可能であり、広波長帯域の光情報処理に適している。
【００４７】
また、各アーム導波路２１、２２ではＴＥ０モードの光が導波する。モード変換分岐部２のそれぞれの出力ポート間の位相差を解消するには、モード変換及びモード分岐にともなう位相差も解消する必要がある。
この場合、アーム導波路２１の光路長とアーム導波路２２の光路長とを異ならせてもよい。これにより、各アーム導波路２１、２２間の光路長はたがいに不均等になり、前段のマッハ‐ツェンダ干渉計は非対称となる。
特に本実施形態では、モード変換分岐部２の高次モードが変換されたＴＥ０を導波するアーム導波路２２の光路長を長くすることで、モード変換およびモード分岐にともなう位相差を解消することが好ましい。
【００４８】
本実施形態では、モード変換およびモード分岐にともなう位相差を位相調整部３Ａ、３Ｂによって解消することもできる。
一方、上述のようにアーム導波路２１の光路長とアーム導波路２２の光路長とを異ならせてこの位相差の解消しておけば、位相調整部３Ａ、３Ｂの省略や、光路長が等しい場合と比べて位相調整部３Ａ、３Ｂの駆動に必要な電力の低減を実現できる。従って、アーム導波路２１の光路長とアーム導波路２２の光路長とを異ならせることで省電力化を実現することができる。
【００４９】
［フィードバック機構１２による位相の制御］
本実施形態において、後段のマッハ‐ツェンダ干渉計が光変調用の干渉計である。
【００５０】
強度変調を行なう場合、光信号の品質を高めるには出射ポートから出力される変調光の消光比を高めることが必要である。消光比を高めるには、後段のマッハ‐ツェンダ干渉計のアーム導波路２３、２４のそれぞれに入射する導波光の強度が等しくなるように制御することが好ましい。
【００５１】
本実施形態では、図１に示すフィードバック機構１２によって、位相調整部３Ａ、３Ｂの少なくとも一方の位相を調節して前段のマッハ‐ツェンダ干渉計中の位相を制御してもよい。それにより、後段のマッハ‐ツェンダ干渉計のアーム導波路２３、２４に入射する光の強度を調節することができる。
【００５２】
フィードバック機構１２は、制御部７Ａ、７Ｂと、電気信号源８Ａ、８Ｂと、バイアスティ９Ａ、９Ｂと、モニタ部１０Ａ、１０Ｂと、バイアス電源１１Ａ、１１Ｂとを含んでいる。
【００５３】
制御部７Ａ、７Ｂは位相調整部３Ａ、３Ｂに対してＤＣ電圧又はＤＣ電流を印加し、位相調整部３Ａ、３Ｂ内を導波するそれぞれの光の位相を調節する。
【００５４】
位相調整部３Ａ、３Ｂが例えば逆バイアス駆動可能なＰＮ接合を有する光導波路からなる場合はＤＣ電圧により位相を調節することができる。また、順バイアス駆動ＰＮ接合を有する光導波路あるいはヒータを有する熱光学導波路の場合はＤＣ電流により、調節することができる。
【００５５】
光変調信号を発生するには、位相変調部５Ａ、５Ｂの少なくとも一方に変調電気信号を印加する。１０Ｇｂａｕｄ以上の高速のシンボルレートで光変調するには、逆バイアス駆動ＰＮ接合を有する光導波路により位相変調部５Ａ、５Ｂを構成することができる。
【００５６】
電気信号源８Ａ、８Ｂは、バイアスティ９Ａ、９Ｂを介して位相変調部５Ａ、５ＢのそれぞれにＡＣの変調電気信号を入力する。
【００５７】
バイアス電源１１Ａ、１１Ｂは、バイアスティ９Ａ、９Ｂを介して位相変調部５Ａ、５ＢのそれぞれにＤＣ逆バイアスを印加する。
【００５８】
逆バイアス下のＰＮ接合に、導波光が伝搬すると二光子吸収により光電流が発生する。この光電流を位相変調部５Ａ、５Ｂに接続されるモニタ部１０Ａ、１０Ｂによって検出する。そして、モニタ部１０Ａ、１０Ｂに接続される制御部７Ａ、７Ｂに検出結果をフィードバックすることにより後段マッハ‐ツェンダ干渉計のそれぞれのアーム導波路２３、２４に入射する導波光の強度を制御することができる。
【００５９】
モニタ部１０Ａ、１０Ｂは、例えば不図示の電流計と制御用電気回路とから構成される。
モニタ部１０Ａ、１０Ｂを流れる電流がそれぞれ等しくなるように、制御部７Ａ、７Ｂに制御電気信号をフィードバックし、印加するＤＣ電圧又はＤＣ電流を調整する。それにより、後段のマッハ‐ツェンダ干渉計のそれぞれのアーム導波路２３、２４に入射する導波光の強度を等しくすることができる。
【００６０】
本実施形態において、位相変調部５Ａ、５Ｂは変調光信号を発生するためだけでなく、導波光の強度をモニタするための光検出器としても機能することができる。これによって、従来のように光検出器を導入する必要がないため、フットプリント縮小および製造コストの低減が可能である。
【００６１】
後段のマッハ‐ツェンダ干渉計のそれぞれのアーム導波路２３、２４に入射する導波光の強度が等しくなるように制御する方法を以下に示す。
【００６２】
モード変換分岐部２の二つの出射ポートから光導波路１０２、１０３に入射する電界をそれぞれＥ１およびＥ２とし、位相調整部３Ａ、３Ｂで生ずる位相をそれぞれφ１およびφ２とする。この場合、光合波分岐部４の二つの入射ポートに入射する光の電界Ｅ３およびＥ４は以下の式（１）のように表される。
【００６３】
【数１】
2017181611.tif 000003
【００６４】
また、光合波分岐部４の二つの出射ポートから光導波路１０６、１０７へと入射される光の電界Ｅ５およびＥ６は以下の式（２）のように表される。
【００６５】
【数２】
2017181611.tif 000004
【００６６】
さらに、後段のマッハ‐ツェンダ干渉計のそれぞれのアーム導波路２３、２４に入射する導波光の強度が等しくなる場合は以下の式（３）を満たす。
【００６７】
【数３】
2017181611.tif 000005
【００６８】
これより、位相調整部３Ａ、３Ｂで生じる位相に対して以下の式（４）に示す条件が得られる。
【００６９】
【数４】
2017181611.tif 000006
【００７０】
ここで、Ｎは整数であり、２πの周期性は無視できるので、Ｎ＝０とおける。光の全強度を１に規格化すると、Ｅ５およびＥ６は以下の式（５）のように表される。
【００７１】
【数５】
2017181611.tif 000007
【００７２】
上述の式（５）が満たされるように制御部７Ａ、７Ｂに適切な制御電気信号を出力することで、後段のマッハ‐ツェンダ干渉計のそれぞれのアーム導波路２３、２４に入射する導波光の強度を等しくすることができる。
【００７３】
このようにフィードバック機構１２を用いて後段のマッハ‐ツェンダ干渉計のそれぞれのアーム導波路２３、２４に入射する導波光の強度を制御することで光集積回路１の動作をより安定させることができる。また、位相変調部５Ａ、５Ｂにおいて変調光信号を発生させるだけでなく、導波光の光強度も検出することができ、導波光の光強度を検出するための別の装置を配置する必要がない。
【００７４】
［位相変調部５Ａ、５Ｂの構造］
図３は、位相変調部５Ａ、５Ｂの断面構造を示す。
【００７５】
図３に示すように位相変調部５Ａ、５Ｂにおいてはリブ導波路が形成されている。
基板３０はアンドープシリコンである。
基板３０の上表面（水平面）に、シリカからなる例えば厚み２μｍの下部クラッド３１が設けられている。
下部クラッド３１上にリブ部を有するシリコン層３７が設けられる。基板３０、下部クラッド３１およびシリコン層３７は、それぞれ、ｓｉｌｉｓｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）ウエファの基板、ＢＯＸ層、およびＳＯＩ層を利用している。
【００７６】
リブ部は、基本モードを伝搬させるシリコンコアの主要部である。リブ部の側方には、スラブ部が接続されている。
【００７７】
本実施形態のリブ導波路はリブ部およびスラブ部からなる。リブ部の幅Ｗｒｉｂは概ね５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲にあることが好ましい。コア底面からのリブ部の厚みｔｒｉｂは例えば２２０ｎｍであり、スラブ部の厚みｔｓｌａｂは例えば９５ｎｍである。
【００７８】
コアには、ＰＮダイオードを構成するＰ型半導体部３２ＡおよびＮ型半導体部３２Ｂが存在する。Ｐ型半導体部３２ＡおよびＮ型半導体部３２Ｂの境界にＰＮ接合が形成される。
Ｐ型半導体部３２ＡおよびＮ型半導体部３２Ｂのドーピング密度は、例えばともに約１０１８ｃｍ−３である。
【００７９】
Ｐ型半導体部３２ＡのＰＮ接合が形成されている側とは反対の領域には、Ｐ型導体部３３Ａが接続されている。またＮ型半導体部３２ＢのＰＮ接合が形成されている側とは反対の領域には、Ｎ型導体部３３Ｂが接続されている。
Ｐ型導体部３３Ａ及びＮ型導体部３３Ｂは、高速化を阻害する要因である電気抵抗を低減するように高ドープされる必要があり、ドーピング密度は例えばともに約１０２０ｃｍ−３である。
【００８０】
Ｐ型導体部３３ＡとＮ型導体部３３Ｂとの間隔ＷＰＮは例えば約２μｍで、ＷＰＮの中点は概ねリブ中央にある。
【００８１】
リブ部およびスラブ部の上には、シリカからなる例えば厚み１〜２μｍの上部クラッド３４が設けられている。上部クラッド３４は、例えば、ＣＶＤなどの製造方法を用いてシリカを堆積することで作製される。
【００８２】
Ｐ型導体部３３Ａの上面には垂直金属接続部３５Ａの一端が接続されている。また、Ｎ型導体部３３Ｂの上面には垂直金属接続部３５Ｂの一端が接続されている。
垂直金属接続部３５Ａ、３５Ｂは上部クラッド３４を貫通している。垂直金属接続部３５Ａ、３５Ｂの他端には金属電極３６Ａ、３６Ｂがそれぞれ接続される。
【００８３】
なお、位相調整部３Ａ、３Ｂにも同様の断面構造を有する光導波路を利用することができる。ただし、位相調整部３Ａ、３Ｂはこの構成に限定されず、ヒータを有する熱光学導波路であってもよい。
【００８４】
なお、Ｐ型半導体部３２ＡおよびＮ型半導体部３２Ｂ中を導波光が伝搬する際に二光子吸収により発生する光電流をモニタする場合、図３に示すようにバイアスティ９Ａ、９Ｂとモニタ部１０Ａ、１０Ｂとを配置するとよい。
【００８５】
図３では、Ｐ型半導体部３２Ａに接続される金属電極３６Ａにバイアスティ９Ａ、９Ｂが接続される。またＮ型半導体部３２Ｂに接続される金属電極３６Ｂにモニタ部１０Ａ、１０Ｂが接続される。
この構成により、電気信号源８Ａ、８Ｂ及びバイアス電源１１Ａ、１１Ｂに接続されるバイアスティ９Ａ、９Ｂから、位相変調部５Ａ、５Ｂに電気信号の入力またはバイアス電圧の印加が行われる。
【００８６】
また、図３ではモニタ部１０Ａ、１０Ｂは位相変調部５Ａ、５Ｂの接地電極ＧＮＤ側（位相変調部５Ａ、５Ｂと接地電極ＧＮＤとの間）に設けられ、二光子吸収により発生する光電流を検出できる。
ただし、図１に示すようにモニタ部１０Ａ、１０Ｂをバイアスティ９Ａ、９Ｂ（位相変調部５Ａ、５Ｂ）とバイアス電源１１Ａ、１１Ｂとの間にそれぞれ設けてもよい。この場合でも二光子吸収により発生する光電流を検出できる。
【００８７】
これにより、位相変調部５Ａ、５Ｂにおいて変調光信号を発生させるだけでなく、導波光の光強度も検出することができる。
［矩形導波路とリブ導波路との接続］
【００８８】
本実施形態における光導波路１０１〜１１７は矩形導波路である。矩形導波路の幅はＷｒｉｂに等しい。また矩形導波路の厚みはｔｒｉｂに等しい。
【００８９】
光集積回路１を構成するには、光導波路１０１〜１１７を構成する矩形導波路と、位相調整部３Ａ、３Ｂや位相変調部５Ａ、５Ｂとを構成するリブ導波路との接続が必要になる。図４に、矩形導波路に接続されるリブ導波路の斜視図を模式的に示す。
【００９０】
矩形導波路４０はリブ導波路４２と同じ幅と同じ厚みを有する。矩形導波路４０からリブ導波路４２への遷移領域４１では、スラブ部４３の幅がゼロから徐々に増してリブ導波路４２と接続する。
遷移領域４１では、スラブ部４３の幅は光の伝搬方向に沿って線形的にあるいは二次関数的に増加する。線形的にスラブ部４３の幅を変化させる場合は、容易に導波路を設計することができる。一方、二次関数的にスラブ部４３の幅を変化させる場合、光損失をさらに低減することができる。
【００９１】
遷移領域４１の長さは光の波長と比較して充分に長くする必要がある。例えば２０μｍ程度であることが挙げられるが、特に限定されない。
【００９２】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係る光集積回路１Ａの構成図である。第１実施形態に係る光集積回路１の構成と異なる個所にのみ新たな番号を付して説明する。
【００９３】
第２実施形態に係る光集積回路１Ａは、入射する光の任意の偏波状態の光波を特定の直線偏波に変換し、異なる経路に光信号を切り替える光スイッチ型の光集積回路がシリコン導波路をベースに構成される。
【００９４】
本実施形態では、光導波路１０１に入射する光波は連続光ではなく、すでに光変調された光信号である。また、本実施形態では、光合波部６の代わりに第２光合波分岐部１６が設けられる点で第１実施形態と異なる。
【００９５】
第２光合波分岐部１６は二つの入射ポートおよび二つの出射ポートを有する。
第２光合波分岐部１６の一方の入射端には光導波路１０８の出射端が接続され、第２光合波分岐部１６の他方の入射端には光導波路１０９の出射端が接続される。
また、第２光合波分岐部１６の一方の出射端には光導波路１１１の入射端が接続され、第２光合波分岐部１６の他方の出射端には光導波路１１２の入射端が接続される。
位相調整部３Ａ、３Ｂ、及び位相変調部５Ａ、５Ｂの断面構造は第１実施形態と同様である。光信号は光導波路１１１の出射端または光導波路１１２の出射端から出力される。
【００９６】
位相変調部５Ａ、５Ｂに入力されるＡＣの変調電気信号や、印加されるＤＣ逆バイアスを制御して、第２光合波分岐部１６に入射する２つのＴＥ０モードの光の位相を調整することで、例えば第２光合波分岐部１６から光導波路１１１と光導波路１１２とのどちらに光信号を出力するかを選択することができる。また、位相変調部５Ａ、５Ｂに入力されるＡＣの変調電気信号や、印加されるＤＣ逆バイアスを制御して、光導波路１１１と光導波路１１２との両方に任意の分岐比で光信号を出力することもできる。
これは第１実施形態と同様に、第２光合波分岐部１６において２つのＴＥ０モードの光が干渉することを利用する。
【００９７】
上記実施形態を用いることで、入射する光の任意の偏波状態の光信号を特定の直線偏波に変換し異なる経路に光信号を切り替える光スイッチ型の光集積回路のフットプリントを縮小するとともに量産性を向上することができる。
【００９８】
以上、本発明の光ファイバ素線の製造方法及び製造装置について説明してきたが、本発明は前記の例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１…光集積回路、２…モード変換分岐部、２Ａ…モード変換部、２Ｂ…モード分岐部、３Ａ、３Ｂ…位相調整部、４…光合波分岐部、５Ａ、５Ｂ…位相変調部、６…光合波部、１２…フィードバック機構、１６…第２光合波分岐部、２１…アーム導波路（第２光導波路）、２２…アーム導波路（第３光導波路）、２３…アーム導波路（第４光導波路）、２４…アーム導波路（第５光導波路）、１０１…光導波路（第１光導波路）。
【図１】
2017181611.tif 000008
【図２】
2017181611.tif 000009
【図３】
2017181611.tif 000010
【図４】
2017181611.tif 000011
【図５】
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