光導波路素子、光ハイブリッド回路及び光受信機
【課題】作製トレランスの大きな構造の光導波路素子を提供する。
【解決手段】第１の光カプラと、第２の光カプラと、前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであることを特徴とする光導波路素子により上記課題を解決する。
【解決手段】第１の光カプラと、第２の光カプラと、前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであることを特徴とする光導波路素子により上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路素子、光ハイブリッド回路及び光受信機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気通信よりも高速で大容量の情報の通信が可能な光通信システムが普及している。光通信システムでは、様々な光信号処理を行なうために、光信号を分岐させる場合があり、このような場合、光を等分に分岐するのではなく、任意の比率で光信号を分岐することが必要となる場合がある。このように光信号を分岐し、また、結合するための素子（光分岐・結合素子）に求められる条件としては、光分岐・結合素子における作製トレランスが大きいことが挙げられる。即ち、光分岐・結合素子を製造する際、製造マージンが狭いと、所望の均一な特性の光分岐・結合素子を得ることが困難となり、歩留まり等が低下することとなり、製造コストも上昇してしまうからである。
【０００３】
ところで、任意の光分岐比が得られる光分岐・結合素子としては、２つの２×２の光カプラの間に位相差を与える２本の光導波路を備えた光導波路素子が報告されている。例えば、図１に示すように、２×２光カプラ６１１及び６１２の間に設けられた光導波路６１３及び６１４において、各々の光導波路は幅が狭くなった領域を有し、幅が狭くなった領域の長さ又は幅を狭くするためのテーパを相互に異なる形状とした構造のものがある。このように、二つの光導波路６１３及び６１４において、光導波路の幅が狭くなった領域の長さ等を異ならせることにより、二つの光導波路６１３及び６１４において位相差を生じさせることができる。このため幅が狭くなった領域の長さ等を調整することにより、位相差を変化させ任意の光分岐比を得ることができる。
【０００４】
また、図２に示すように、２×２光カプラ６２１及び６２２の間に設けられた光導波路６２３及び６２４において、一方の光導波路６２４には、光導波路の幅が狭くなった領域を設け、他方の光導波路６２３には、このような領域を設けていない構造のものがある。この場合も、二つの光導波路６２３及び６２４において位相差が生じ、光導波路の幅が狭くなった領域の長さ等を調整することにより、位相差を変化させ任意の光分岐比を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４４９６３号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図１及び図２に示す光導波路素子では、形成される光導波路の幅が設計値からずれてしまうと、光導波路の幅が狭くなった領域における位相変化が所望の値からずれてしまい、所望の分岐比が得られなくなってしまう。具体的には、図２に示す構造の光導波路素子において、特性劣化の度合い（ＦＭ１）は、数１に示す式により表わされる。尚、ｋ０は真空中の波数、ＬＰＳは位相変化領域長、δｎ１及びδｎ２は、２つの光導波路の幅のズレに対する屈折率変化を示す。ブラケット＜＞は、２つの光導波路の幅が一定ではないため、局所的に屈折率変化が異なることを示す。
【０００７】
【数１】
【０００８】
数１に示す式より、光導波路の幅のズレに対する特性劣化を緩和するためには、（＜δｎ１＞−＜δｎ２＞）の値、または、ＬＰＳの値を低減させる必要がある。しかしながら、この２つのパラメータは、所望の位相差を得るため、一方を低減させると、他方が増大する関係にあり、作製トレランスを増大させるには限界があった。
【０００９】
従って、光導波路を長く形成することなく、また、作製トレランスの大きな光導波路素子、及び、このような光導波路素子を有する光ハイブリッド回路及び光受信機が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施の形態の一観点によれば、第１の光カプラと、第２の光カプラと、前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであることを特徴とする。
【００１１】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、第１の光カプラと、第２の光カプラと、前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであって、前記第１のカプラは２×４の光カプラであって、前記第２のカプラは２×２の光カプラであって、前記第１のカプラの入力側に接続された第３の光導波路及び第４の光導波路を有し、前記第１のカプラの出力側には、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の他、第５の光導波路及び第６の光導波路を有し、前記第２のカプラの出力側には、第７の光導波路及び第８の光導波路を有していることを特徴とする。
【００１２】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、第１の光カプラと、第２の光カプラと、前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであって、前記第１のカプラは２×４の光カプラであって、前記第２のカプラは２×２の光カプラであって、前記第１のカプラの入力側に接続された第３の光導波路及び第４の光導波路を有し、前記第１のカプラの出力側には、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の他、第５の光導波路及び第６の光導波路を有し、前記第２のカプラの出力側には、第７の光導波路及び第８の光導波路を有し、前記第３の光導波路または前記第４の光導波路のいずれか一方には、局発光が入力され、他方には、ＱＰＳＫ信号光が入力され、前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路からは同相信号が出力され、前記第７の光導波路及び前記第８の光導波路からは直交位相信号が出力されるものであって、前記同相信号及び前記直交位相信号を検出する二つの検出部を有し、前記検出部に接続されたデジタル信号処理回路を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
開示の光導波路素子、光ハイブリッド回路及び光受信機によれば、光導波路を長く形成することなく、また、作製トレランスを大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の光導波路素子の構造図（１）
【図２】従来の光導波路素子の構造図（２）
【図３】光導波路素子の構造図
【図４】第１の実施の形態における光導波路素子の構造図
【図５】第１の実施の形態における他の光導波路素子の構造図
【図６】光導波路素子における光導波路のオフセットの説明図
【図７】光導波路をオフセットさせた光導波路素子の構造図
【図８】第１の実施の形態における光導波路をオフセットさせた光導波路素子の構造図
【図９】オフセットと光の透過量との相関図
【図１０】第１の実施の形態における光導波路素子の光導波路の構造図
【図１１】光導波路素子における光導波路の他のオフセットの説明図
【図１２】光導波路素子における光導波路の幅のズレの説明図
【図１３】光導波路の幅のズレと光の透過量との相関図
【図１４】第２の実施の形態における９０度ハイブリッドの構造図
【図１５】図１４に示す９０度ハイブリッドにおける波長と光の透過量との相関図
【図１６】図１７に示す９０度ハイブリッドにおける波長と光の透過量との相関図
【図１７】図３の光導波路素子を有する９０度ハイブリッドの構造図
【図１８】図１４に示す９０度ハイブリッドにおけるオフセット依存性を示す特性図
【図１９】図１７に示す９０度ハイブリッドにおけるオフセット依存性を示す特性図
【図２０】図１４に示す９０度ハイブリッドにおける光導波路の幅のズレ依存性を示す特性図
【図２１】第２の実施の形態における他の９０度ハイブリッドの構造図（１）
【図２２】第２の実施の形態における他の９０度ハイブリッドの構造図（２）
【図２３】第２の実施の形態における他の９０度ハイブリッドの構造図（３）
【図２４】第３の実施の形態における光受信機の構造図
【図２５】第４の実施の形態における９０度ハイブリッドの構造図
【図２６】第５の実施の形態における光受信機の構造図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１６】
〔第１の実施の形態〕
光導波路素子としては、図１及び図２に示す構造のものとは、別の構造のものも考えられる。例えば、図３に示すように、２×２光カプラ６３１及び６３２間に形成される２本の光導波路を互いに同じ幅で形成し、一方の光導波路６３３を直線的に形成し、他方の光導波路６３４を屈曲させることにより、位相差を生じさせた光導波路素子が考えられる。この場合、この光導波路素子における特性劣化の度合い（ＦＭ２）は、数２に示す式により表わされる。尚、ｋ０は真空中の波数、ｎｅｑは光導波路の実効屈折率、ΔＬＰＳは遅延導波路長（光導波路６３４と光導波路６３３との長さの差）を示す。
【００１７】
【数２】
【００１８】
数２におけるｎｅｑの値は、数１における（＜δｎ１＞−＜δｎ２＞）の値よりも、２桁程大きいものの、数２におけるΔＬＰＳの値は、数１におけるＬＰＳよりも３桁程小さいため、ＦＭ２は、ＦＭ１よりも小さくなる。即ち、図３に示す構造の光導波路素子は、図１及び図２に示す構造の光導波路素子に対し、特性劣化が抑制されたものとなる。しかしながら、図３に示す光導波路素子の場合では、光導波路６３４において曲げられている領域における伝搬モードの制御が必要不可欠である。即ち、光導波路６３４の曲げられている領域においてモード揺らぎが生じると、所望の位相差から大幅にずれてしまう可能性があり、安定して使用することは困難なものとなる。
【００１９】
次に、第１の実施の形態における光導波路素子について説明する。本実施の形態における光導波路素子は、図４に示すように、１×２ＭＭＩ（Multi-Mode Interference）カプラ１１及び２×２ＭＭＩカプラ１２と、１×２ＭＭＩカプラ１１と２×２ＭＭＩカプラ１２との間に設けられた２つの光導波路２１及び２２を有している。第１の光カプラである１×２ＭＭＩカプラ１１は、光導波路２３から入射した光を２つに分岐し第１の光導波路である光導波路２１及び第２の光導波路である光導波路２２へと出射するものである。また、第２の光カプラである２×２ＭＭＩカプラ１２は、光導波路２１及び２２より入射した光を干渉させ光導波路２４及び２５に出射するものである。尚、光導波路２１及び２２は、同じ向きに曲げられており、円弧状に形成されている。具体的には、光導波路２１は、曲率半径Ｒ１で曲げられており、光導波路２２は、曲率半径Ｒ２で曲げられおり、光導波路２１を含む曲率半径Ｒ１で描かれる円の中心と、光導波路２２を含む曲率半径Ｒ２で描かれる円の中心とは略一致するように形成されている。尚、曲率半径Ｒ１及びＲ２は、数３に示す式で表わされるものであり、Ｒ０は、曲率半径Ｒ１とＲ２との平均値であり、本願においては平均曲率半径と称する。このため、光導波路２１と光導波路２２は、ともに曲げ導波路を有しており、光導波路２１における光路長と光導波路２２における光路長とは異なるものとなる。
【００２０】
【数３】
【００２１】
１×２ＭＭＩカプラ１１及び２×２ＭＭＩカプラ１２に接続されている光導波路２１及び２２が、曲率半径Ｒ１及びＲ２における角度θの円弧となる領域に形成されたものと仮定した場合、光導波路２１と光導波路２２との長さの差は、２×θ×δＲとなる。よって、この差だけ位相差を生じさせることができる。即ち、光導波路２１及び２２において、角度θ、曲率半径Ｒ１及びＲ２を調整することにより、所望の位相差を得ることができる。このように形成された光導波路素子の特性劣化の度合いは、数２に示す場合と同様であり、図１及び図２に示す場合と比較して、特性劣化を抑制することができる。尚、δＲは、Ｒ０（平均曲率半径）に対し極めて小さいため、２本の光導波路２１及び２２における伝搬モードの曲率半径依存性は殆どないものと考えられる。
【００２２】
また、曲げられている２本の光導波路２１及び２２において、双方とも同様に曲げられて形成されているため、モード揺らぎが生じた場合であっても、双方とも同様の影響を受けることから、２本の光導波路２１及び２２における位相差を実質的に一定に保つことができる。よって、２本の光導波路２１及び２２は、光導波路の形成される領域が短く、また、モード揺らぎの影響にも鈍感であるため、安定して使用することができる。尚、光導波路２１及び２２は、１×２ＭＭＩカプラ１１及び２×２ＭＭＩカプラ１２に対し実質的に垂直となるように接続されているものとする。
【００２３】
図４は、２×２光カプラ１２からの出力に接続される光導波路２４及び２５が直線的な形状のものについて示している。しかしながら、図５に示すように、２×２光カプラ１２からの出力に接続される光導波路３４及び３５を曲率半径Ｒ２及びＲ１で曲げることにより、光導波路２３の延びる方向と光導波路３４及び３５の延びる方向とを実質的に同じ方向にすることも可能である。
【００２４】
（光導波路素子の特性）
次に、本実施の形態における光導波路素子の特性について説明する。通常、図６に示すように、光導波路素子においては、光カプラ１１１に光導波路１２１を接続する際、光導波路１２１を直線導波路１２１ａと曲げ導波路１２１ｂにより形成し、直線導波路１２１ａと曲げ導波路１２１ｂとの間にオフセット部１２１ｃが設けられる。これは曲げ導波路を伝搬するモードの電界分布は、曲げ導波路の外側にシフトする傾向にあるため、直線導波路を伝搬するモードの電界分布値と曲げ導波路を伝搬するモードの電界分布とは整合しなくなり、これにより過剰損失やモード揺らぎが生じてしまう。このため直線導波路１２１ａと曲げ導波路１２１ｂとの間にオフセット部１２１ｃを設け、所定の位置オフセットさせることにより、直線導波路１２１ａの中心と曲げ導波路１２１ｂの中心とを意図的にずらし、モードのシフトの影響を抑制するものである。即ち、曲げ導波路１２１ｂを伝搬するモードの電界分布は、曲げ導波路１２１ｂの外側にシフトする傾向にある。従って、曲げ導波路１２１ｂを直線導波路１２１ａに対し所定のオフセットの値ΔＳオフセットさせることにより、モードのシフトの影響を抑制するものである。尚、このオフセット部１２１ｃは、直線導波路１２１ａと曲げ導波路１２１ｂとの境界部分に設けられるものであって、本願においては段部とも称する。
【００２５】
図７は、図３に示す構造の光導波路素子であるマッハ・ツェンダ干渉計において、光導波路６３４をオフセットさせた構造のものである。図７に示す構造の光導波路素子は、光導波路６３４が直線導波路６３４ａと曲げ導波路６３４ｂにより形成されており、直線導波路６３４ａと曲げ導波路６３４ｂとの間をΔＳオフセットさせたものである。尚、曲げ導波路６３４ｂ間においては、変曲点においてもオフセットがされるため、計４ヶ所でオフセットがされている。
【００２６】
図８は、本実施の形態における光導波路素子であるマッハ・ツェンダ干渉計において、光導波路３１及び３２をオフセットさせた構造のものである。即ち、図８に示す構造の光導波路素子は、光導波路３１及び光導波路３２が各々直線導波路３１ａ及び３２ａと曲げ導波路３１ｂ及び３２ｂにより形成されており、直線導波路３１ａ及び３２ａと曲げ導波路３１ｂ及び３２ｂとの間をΔＳオフセットさせたものである。よって、光導波路３１及び３２においては、各々２ヶ所でオフセットがされている。
【００２７】
図９には、図７に示す光導波路素子（光導波路素子Ａ）と、図８に示す本実施の形態における光導波路素子（光導波路素子１）において、オフセットの値ΔＳと出力される光の分岐量（光の透過量、トランスミッタンス）との関係を示す。尚、オフセットの値ΔＳは、光導波路素子Ａにおいては、直線導波路６３４ａと曲げ導波路６３４ｂにおけるオフセット及び曲げ導波路６３４ｂ同士間におけるオフセットの値である。また、光導波路素子１においては、直線導波路３１ａ及び３２ａと曲げ導波路３１ｂ及び３２ｂとの間におけるオフセットの値である。
【００２８】
また、光導波路素子Ａは、光導波路６３５と光導波路６３３との位相差が−π／４となるように形成されており、光導波路素子１は、光導波路３１と光導波路３２との位相差が−π／４となるように形成されている。これにより、設計上、光導波路素子Ａは、光導波路６３５と光導波路６３３との光出力を８５（約０．７ｄＢ損失）：１５（約８．３ｄＢ損失）で分岐することができ、光導波路素子１は、光導波路３１と光導波路３２との光出力を８５：１５で分岐することができる。
【００２９】
更に、光導波路素子Ａ及び光導波路素子１における各々の光導波路は、図１０に示すように、ハイメサ導波路構造により形成されている。具体的には、ＩｎＰ基板２１１上にＧａＩｎＡｓＰコア層２１２、ＩｎＰクラッド層２１３を積層し、ＧａＩｎＡｓＰコア層２１２及びＩｎＰクラッド層２１３、ＩｎＰ基板２１１の一部を除去することにより、ハイメサ導波路構造となるように形成されている。このＧａＩｎＡｓＰコア層２１２におけるバンドギャップ波長λｇは、１．０５μｍであり、形成される光導波路の幅は、ともに、２．５μｍであり、単一モードの条件を満足するものである。尚、光導波路素子１は、Ｒ０が５００μｍ、δＲが１．５μｍとなるように形成されている。
【００３０】
図９に示されるように、本実施の形態に係る光導波路素子１は、オフセットの値ΔＳに依存することなく、光導波路３１と光導波路３２とにおける光出力を略８５：１５となるように分岐することができる。しかしながら、図７に示す光導波路素子Ａは、オフセットの値ΔＳが０．０４μｍ前後においては、光導波路６４３と光導波路６４４とにおける光出力を８５：１５となるように分岐させることができるが、オフセットの値ΔＳが変化すると分岐比も変化してしまう。即ち、オフセットの値ΔＳを０〜０．１μｍの範囲で変化させた場合に、本実施の形態に係る光導波路素子１における分岐比は、８５：１５で略一定である。これに対し、光導波路素子Ａは、８５に分岐される光は約±６％変化し、１５に分岐される光は約±２７％変化し、分岐比はオフセットの値ΔＳに依存し変化してしまう。
【００３１】
このように、図７に示す光導波路素子Ａにおいて、光出力の分岐比が大きく変化するのは、曲げ導波路において高次モードまたは高次漏洩モードが励振し、ΔＬＰＳに起因する位相変化量が変化することによるものと考えられる。
【００３２】
一方、図８に示す本実施の形態に係る光導波路素子１では、オフセットの値ΔＳを０〜０．１μｍの範囲で変化させても、光出力の分岐比の変化量は±１％以内であり、殆ど変化していない。これは光導波路３１と光導波路３２とは、極めて近い曲率半径により曲げ導波路が形成されており、曲げ導波路において高次モードまたは高次漏洩モードが励振されるものの、光導波路３１と光導波路３２とで、同じモードが励振されるからであると考えられる。これにより光導波路３１と光導波路３２とにおいては、所定の位相変化量が保たれ、光の分岐比を実質的に一定にすることができるものと考えられる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態における光導波路素子においては、直線導波路と曲げ導波路とのオフセットの値ΔＳに依存することなく、光の分岐比を一定にすることができ、製造する際に、オフセットの値ΔＳが多少ずれても、光の分岐比に影響を与えることはない。更に、本実施の形態における光導波路素子では、光の分岐比はオフセットの値ΔＳに依存しないため、直線導波路と曲げ導波路との間にオフセット部を設ける必要がない。
【００３４】
また、上記においては、光導波路が直線導波路と曲げ導波路とにより形成されている場合について説明したが、図１１に示すように、光導波路１４１が曲げ導波路のみにより形成されており、カプラ１３１と接続されている場合も同様である。具体的には、光導波路１４１とカプラ１３１との接続位置を所定の位置よりもΔＭずれている位置で接続している場合、ΔＭはオフセットの値ΔＳと同様に考えることができる。即ち、本実施の形態における光導波路素子では、光導波路１４１とカプラ１３１との接続位置が製造誤差等により多少ずれて形成されても、所望の光出力の分岐比を得ることができ、製造マージンを広くすることができる。
【００３５】
次に、図１２に基づき、形成される光導波路の幅が製造誤差等の影響により変動する場合について説明する。このような場合として、図１２（ａ）に示すように、製造誤差等の影響により、光導波路１５１ａが設計値の幅Ｗよりも広く幅Ｗ＋δＷで形成される場合、図１２（ｂ）に示すように、光導波路１５１ｂが設計値の幅Ｗよりも狭く幅Ｗ−δＷで形成される場合がある。
【００３６】
図１３に、光導波路の幅と分岐された光出力との関係について説明する。尚、上述のとおり、光導波路素子１は、本実施の形態に係る光導波路素子であり、光導波路素子Ａは、図３に示す構造の光導波路素子であり、光導波路素子Ｂは、図２に示す構造の光導波路素子である。また、光導波路素子１、光導波路素子Ａ及び光導波路素子Ｂは、光出力が８５：１５となるように形成されている。図１３に示すように、δＷを−０．０５〜０．０５μｍの範囲で変化させた場合、光出力が１５となる出力ポートでは、光導波路素子Ｂにおける光出力の変化率は±１１％であり、光導波路素子Ａにおける光出力の変化率は約±２．５％である。これに対し、光導波路素子１における光出力の変化率は約±２．５％以下である。このように、本実施の形態に係る光導波路素子１は、形成される光導波路において幅のずれの影響をあまり受けることなく、光出力を所望の分岐比で分岐することができる。言い換えれば、光導波路素子１は、製造誤差等により、形成される光導波路の幅が多少太く形成された場合、また、細く形成された場合においても、所望の分岐比で光出力を分岐することができる。このように、本実施の形態に係る光導波路素子１においては、光導波路の幅における製造誤差等の影響を受け難いため、製造マージンを広くすることができる。
【００３７】
以上、光導波路素子において２つのＭＭＩカプラ間に設けられる２つの光導波路における位相差が、−π／４の場合について説明したが、本実施の形態における光導波路素子においては、任意の位相差に設定することができる。従って、これら任意の位相差においても、上記と同様に製造マージンを広くすることができ、作製トレランスを飛躍的に向上させることができる。
【００３８】
また、本実施の形態においては、１×２光カプラ１１と２×２光カプラ１２との間における光導波路２１及び２２は、同心円の一部である円弧において形成した場合について説明したが、上記構造に限定されるものではない。例えば、上述したように光導波路２１及び２２は、直線導波路、曲げ導波路、直線導波路が連続して接続されている構造のもの、曲げ導波路、直線導波路、曲げ導波路が連続して接続されている構造のものでもよい。
【００３９】
また、光導波路２１及び２２の幅は、一定の幅で形成されているものでなくてもよく、１×２光カプラ１１または２×２光カプラ１２の一方から他方に向かって、幅が広がるように形成されていてもよく、また、幅が狭くなるように形成されていてもよい。
【００４０】
更に、本実施の形態における説明では、Ｒ０の値が５００μｍである場合について説明したが、Ｒ０の値は１００μｍ以上の任意の値においても同様の効果を得ることができる。即ち、Ｒ０の値が小さくなると、各々の曲げ導波路の曲率半径が小さくなり、光導波路における曲げが急激なものとなることから、双方の光導波路において同じモードが励振しなくなる場合がある。このような場合には、製造誤差等の影響により安定した光導波路素子を得ることが困難なものとなり、僅かな製造誤差等の影響を受けやすくなる。よって、十分な製造マージンを得ることができ、所望の作製トレランスを得るためには、平均曲率半径Ｒ０の値は、１００μｍ以上であることが好ましい。
【００４１】
（製造方法）
次に、図１０に基づき本実施の形態における光導波路素子の製造方法について説明する。
【００４２】
最初に、ＩｎＰ基板２１１上に、ＭＯＶＰＥ（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法により、アンドープのＧａＩｎＡｓＰコア層２１２及びＩｎＰクラッド層２１３をエピタキシャル成長により形成する。ＩｎＰ基板２１１は、ｎ型またはアンドープのＩｎＰである。また、形成されるＧａＩｎＡｓＰコア層２１２は、バンドギャップ波長が１．０５μｍ、膜厚０．５μｍであり、形成されるＩｎＰクラッド層２１３は、ｎ型またはアンドープのＩｎＰであり、膜厚２．０μｍである。
【００４３】
次に、ＩｎＰクラッド層２１３上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等によりＳｉＯ２膜を成膜し、更に、ＳｉＯ２膜上にフォトレジストを塗布し、フォトマスクを用いて露光装置による露光、現像を行なうことにより、レジストパターンを形成する。レジストパターンは、光導波路素子における導波路領域に形成される。この後、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉＯ２膜をＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）等のドライエッチングにより除去することにより、不図示のＳｉＯ２マスクを形成する。
【００４４】
次に、ＳｉＯ２マスクの形成されていない領域のＩｎＰクラッド層２１３、ＧａＩｎＡｓＰコア層２１２及びＩｎＰ基板２１１の一部をＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductive Coupled Plasma-ＲＩＥ）等のドライエッチングにより除去する。このようにして、高さが約３．０μｍとなるハイメサ導波路構造を形成する。
【００４５】
尚、上述した説明では、ＩｎＰ系化合物半導体材料を用いた場合について説明したが、ＧａＡｓ系化合物半導体材料、Ｓｉ系半導体材料、誘電体材料、高分子材料等を用いた場合においても、同様の光導波路素子を製造することが可能である。
【００４６】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における光導波路素子と同様の構造の光導波路素子を含む光ハイブリッド回路である９０度ハイブリッドである。図１４に、本実施の形態における９０度ハイブリッドを示す。
【００４７】
本実施の形態における９０度ハイブリッドは、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２を有しており、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２との間には光導波路３２１及び３２２が設けられている。尚、この光導波路３２１及び３２２は、第１の実施の形態における光導波路２１及び２２と同様の構造により形成されている。
【００４８】
本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいて、第１の光カプラとなる２×４ＭＭＩカプラ３１１の入力側には、第３の光導波路及び第４の光導波路である２本の光導波路３３１及び３３２が接続されている。光導波路３３１には、四位相偏移変調（ＱＰＳＫ：quadrature phase shift keying）信号光が入力し、光導波路３３２には、局発（ＬＯ：local oscillator）光が入力している。光導波路３３１に入射する四位相偏移変調信号は、基準となる信号（位相差が０）と、π／２、π、−π／２の位相差がある４つの信号を含むものである。光導波路３３１及び３３２に、これらの信号光を入力すると、２×４ＭＭＩカプラ３１１において４つの信号光に分岐され、この４つの信号光は２×４ＭＭＩカプラ３１１に接続されている４つの光導波路３３３、３３４、３２１、３２２に出力される。尚、本願においては、光導波路３３３及び３３４は、第５の光導波路及び第６の光導波路であり、光導波路３２１及び３２２は、第１の光導波路及び第２の光導波路である。具体的には、光導波路３３３には、位相差πの信号が出力され、光導波路３３４には、位相差のない信号が出力され、光導波路３２１には、位相差のない信号が出力され、光導波路３２２には、位相差πの信号が出力される。よって、２×４ＭＭＩカプラ３１１からは、２つの同相信号（In-phase）が出力される。ところで、本実施の形態における９０度ハイブリッドでは、光導波路３２１及び光導波路３２２は、２×２ＭＭＩカプラ３１２と接続されており、光導波路３２２は光導波路３２１に対し、位相差がπ／４遅れるように長く形成されている。これにより、２×２ＭＭＩカプラ３１２に接続されている第７の光導波路及び第８の光導波路である光導波路３３５及び３３６には、直交位相信号（Quadrature）が出力される。即ち、光導波路３３５には、位相差π／２の信号が出力され、光導波路３３６には、位相差−π／２の信号が出力される。尚、２×４ＭＭＩカプラ３１１において、第１の光導波路となる光導波路３２１は、第２の光導波路となる光導波路３２２よりも内側に設けられており、光導波路３２２は、光導波路３２１に対しπ／４位相差が生じるように、長く形成されている。また、位相差はπ／４生じていればよいため、（２ｎ＋１／４）πであってもよい（ｎは０を含む自然数）。
【００４９】
従って、前述のとおり光導波路３３３及び３３４からは、同相信号を出力させることができ、光導波路３３５及び３３６からは、直交位相信号を出力させることができる。尚、本実施の形態における光導波路素子において、光導波路３３３及び３３４からの光信号出力をＩ（In-phase）チャンネル、光導波路３３５及び３３６からの光信号出力をＱ（Quadrature）チャンネルという。
【００５０】
ところで、光導波路３２１及び光導波路３２２においては、製造誤差等の影響により、所定の値よりもずれて形成されると、直交位相信号成分において特性劣化が生じてしまう。しかしながら、本実施の形態における９０度ハイブリッドでは、第１の実施の形態と同様の構造の光導波路素子を含んでいるため、製造誤差等の影響による特性劣化を低く抑えることができ、製造マージンを広くすることができる。
【００５１】
次に、本実施の形態における９０度ハイブリッドの特性について説明する。通常、エラーを伴わない光信号処理を行なうためには、光信号受信時において同相信号雑音比（ＣＭＲＲ:common-mode contrast ratio）を２０ｄＢ以下に抑えることが求められている。このように２０ｄＢ以下のＣＭＲＲを得るためには、９０度ハイブリッドにおけるＩチャンネル及びＱチャンネル間における偏差を０．９ｄＢ以内に抑える必要がある。尚、受信感度のバラツキを考慮するならば、９０度ハイブリッドのＩチャンネル及びＱチャンネル間における偏差は、より厳しいものが要求される。
【００５２】
図１５は、図１４に示す本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいて、波長と光の透過量との関係を示すものであり、図１６は、図１７に示す構造の９０度ハイブリッドの波長と光の透過量との関係を示すものである。尚、図１５は、図１４に示す本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいて、光導波路３３１には光を入力することなく、光導波路３３２のみに光を入力したものである。この場合における光導波路３３３、３３４、３３５及び３３６における出力をＣｈ−１、Ｃｈ−２、Ｃｈ−３、Ｃｈ−４として示すものである。また、図１７に示す構造の９０度ハイブリッドは、図３に示される光導波路素子を有するものである。即ち、図１７に示す構造の９０度ハイブリッドは、２×４ＭＭＩカプラ７１１と２×２ＭＭＩカプラ７１２を有しており、２×４ＭＭＩカプラ７１１と２×２ＭＭＩカプラ７１２との間には、光導波路７２１及び７２２が設けられている。この光導波路７２１及び７２２は、図３に示される光導波路６３３及び６３４と同様の構造で形成されている。図１７に示される９０度ハイブリッドは、２×４ＭＭＩカプラ７１１には、入力側に、光導波路７３１及び７３２が接続されており、出力側に、光導波路７２１、７２２、７３３及び７３４が接続されている。また、２×２ＭＭＩカプラ７１２には、入力側に、光導波路７２１及び７２２が接続されており、出力側に、光導波路７３５及び７３６が接続されている。尚、図１７に示す構造の９０度ハイブリッドに形成される光導波路は、オフセットの値ΔＳが最適化されているものとする。尚、図１６は、図１７に示す構造の９０度ハイブリッドにおいて、光導波路７３１には光を入力することなく、光導波路７３２のみに光を入力したものである。この場合における光導波路７３３、７３４、７３５及び７３６における出力をＣｈ−１、Ｃｈ−２、Ｃｈ−３、Ｃｈ−４として示している。
【００５３】
また、図１４に示す本実施の形態における９０度ハイブリッド及び図１７に示す構造の９０度ハイブリッドにおいて、光導波路は、すべて図１０に示すようなハイメサ構造で形成されている。即ち、これらの光導波路は、ＩｎＰ基板２１１上に、バンドギャップ波長λｇが１．０５μｍとなるＧａＩｎＡｓＰコア層２１２を形成し、更に、ＩｎＰクラッド層２１３を形成したものに、ドライエッチング等によりハイメサ構造を形成したものである。
【００５４】
図１５及び図１６に示されるように、双方の９０度ハイブリッドは、良好な分岐比を示しており、チャネル間偏差が小さいことが確認される。
【００５５】
次に、図１４に示す本実施の形態における９０度ハイブリッドと、図１７に示す構造の９０度ハイブリッドにおいて、図６に示すようなオフセットの値ΔＳを変化させた場合について説明する。
【００５６】
図１８は、図１４に示す本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいて、オフセットの値ΔＳを変化させた場合における波長とＱチャネル間偏差を示すものである。また、図１９は、図１７に示す９０度ハイブリッドにおいて、オフセットの値ΔＳを変化させた場合における波長とＱチャネル間偏差を示すものである。図１８に示されるように、本実施の形態における９０度ハイブリッドでは、オフセットの値ΔＳが０〜０．１μｍの範囲で変化した場合においても、Ｑチャネル間偏差は、±０．３ｄＢ以内の範囲内である。一方、図１９に示されるように、図１７に示される構造の９０度ハイブリッドでは、オフセットの値ΔＳが０〜０．１μｍの範囲で変化した場合のＱチャネル間偏差は、±１ｄＢ以上であり大きく変化する。本実施の形態における９０度ハイブリッドでは、前述したように、光導波路３２１及び３２２において、モード揺らぎが発生しても、殆ど影響を受けることがないため、Ｑチャネル間偏差を略一定に保つことができる。
【００５７】
次に、図１４に示す本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいて、図１２に示すように光導波路の幅が変化した場合について説明する。図２０は、図１４に示す本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいて、所定の幅Ｗに対するズレ量δＷが、−０．０５μｍ〜０．０５μｍの範囲で変化した場合における波長とＱチャネル間偏差を示すものである。図２０に示されるように、光導波路の幅Ｗに対するズレ量δＷが、−０．０５μｍ〜０．０５μｍの範囲で変化しても、Ｑチャネル間偏差は、±０．１５ｄＢ以内の範囲内であり、Ｑチャネル間偏差は極めて低い。
【００５８】
以上より、本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいては、オフセットの値ΔＳ及び光導波路の幅Ｗが、製造誤差等により所定の値とは若干異なる値で形成されても、これらの製造誤差の影響による特性変化は少なく、製造マージンを広くすることができる。よって、作製トレランスを飛躍的に向上させることができる。更に、本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいては、光信号の分岐比はオフセットの値ΔＳに依存しないため、オフセットをさせる必要がない。
【００５９】
（変形例）
次に、本実施の形態における変形例について説明する。以下に示す変形例は、上述した９０度ハイブリッドと同様に、作製トレランスを飛躍的に向上させることができるものである。
【００６０】
最初に、図２１に示される構造の９０度ハイブリッドは、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２を有している。また、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２との間の光導波路３４１及び３４２が第１の実施の形態における光導波路２１及び２２と同様の構造で形成されている。更に、２×４ＭＭＩカプラ３１１には、入力側に、光導波路３３１及び３３２が接続されており、出力側に、光導波路３４１、３４２、３５３及び３５４が接続されている。また、２×２ＭＭＩカプラ３１２には、入力側に、光導波路３４１及び３４２が接続されており、出力側に、光導波路３５５及び３５６が接続されている。尚、光導波路３４２は光導波路３４１に対し、π／４遅延するように形成されている。即ち、２×４ＭＭＩカプラ３１１において、第１の光導波路となる光導波路３４１は、第２の光導波路となる光導波路３４２よりも内側に設けられており、光導波路３４２は、光導波路３４１に対しπ／４位相差が生じるように、長く形成されている。この９０度ハイブリッドでは、光導波路３５３には、位相差πの信号が出力され、光導波路３５４には、位相差のない信号が出力され、光導波路３５５には、位相差π／２の信号が出力され、光導波路３５６には、位相差−π／２の信号が出力される。このように２×２ＭＭＩカプラ３１２が接続される位置を変えても、作製トレランスの大きい９０度ハイブリッドを得ることができる。尚、光導波路３５３及び３５４は、第５の光導波路及び第６の光導波路に相当するものであり、光導波路３５５及び３５６は、第７の光導波路及び第８の光導波路に相当するものである。
【００６１】
次に、図２２に示される構造の９０度ハイブリッドは、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２を有している。また、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２との間の光導波路３６１及び３６２が第１の実施の形態における光導波路２１及び２２と同様の構造で形成されている。更に、２×４ＭＭＩカプラ３１１には、入力側に、光導波路３３１及び３３２が接続されており、出力側に、光導波路３６１、３６２、３３３及び３３４が接続されている。また、２×２ＭＭＩカプラ３１２には、入力側に、光導波路３６１及び３６２が接続されており、出力側に、光導波路３７５及び３７６が接続されている。尚、光導波路３６２は、光導波路３６１に対し、３π／４遅延するように形成されている。即ち、２×４ＭＭＩカプラ３１１において、第１の光導波路となる光導波路３６１は、第２の光導波路となる光導波路３６２よりも外側で接続されており、光導波路３６２は、光導波路３６１に対し３π／４位相差が生じるように、長く形成されている。また、位相差は３π／４生じていればよいため、（２ｎ＋３／４）πであってもよい（ｎは０を含む自然数）。この９０度ハイブリッドでは、光導波路３３３には、位相差πの信号が出力され、光導波路３３４には、位相差のない信号が出力され、光導波路３７５には、位相差−π／２の信号が出力され、光導波路３７６には、位相差π／２の信号が出力される。このように光導波路３６１及び３６２における曲がり導波路の方向を変えることにより、上述した効果の他、光導波路３６１及び３６２と光導波路３３３及び３３４とが衝突することなく配置することができる。これにより光導波路３６１、３６２、３３３及び３３４をより高密度に配置することができる。尚、光導波路３７５及び３７６は、第７の光導波路及び第８の光導波路に相当するものである。
【００６２】
また、図２３に示される構造の９０度ハイブリッドは、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２を有している。また、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２との間の光導波路３８１及び３８２が第１の実施の形態における光導波路２１及び２２と同様の構造で形成されている。更に、２×４ＭＭＩカプラ３１１には、入力側に、光導波路３３１及び３３２が接続されており、出力側に、光導波路３８１、３８２、３５３及び３５４が接続されている。また、２×２ＭＭＩカプラ３１２には、入力側に、光導波路３８１及び３８２が接続されており、出力側に、光導波路３９５及び３９６が接続されている。尚、光導波路３８２は光導波路３８１に対し、３π／４遅延するように形成されている。即ち、２×４ＭＭＩカプラ３１１において、第１の光導波路となる光導波路３８１は、第２の光導波路となる光導波路３８２よりも外側で接続されており、光導波路３８２は、光導波路３８１に対し３π／４位相差が生じるように、長く形成されている。この９０度ハイブリッドでは、光導波路３５３には、位相差πの信号が出力され、光導波路３５４には、位相差のない信号が出力され、光導波路３９５には、位相差−π／２の信号が出力され、光導波路３９６には、位相差π／２の信号が出力される。このような構造の９０度ハイブリッドにおいても、図２２に示される構造の９０度ハイブリッドと同様の効果を得ることができる。尚、光導波路３９５及び３９６は、第７の光導波路及び第８の光導波路に相当するものである。
【００６３】
尚、本実施の形態における光導波路素子の製造方法等については、第１の実施の形態と同様である。
【００６４】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図２４に示されるように、コヒーレント光受信機である。本実施の形態におけるコヒーレント光受信機は、９０度ハイブリッド４１０、ＬＯ光源４１１、バランスド光検出器４２１及び４２２、トランスインピーダンスアンプ４３１及び４３２、ＡＤ変換回路４４１及び４４２、デジタル信号処理回路４５１を有している。
【００６５】
９０度ハイブリッド４１０は、第２の実施の形態におけるいずれかの９０度ハイブリッドにより形成されており、図２４では、第２の実施の形態における９０度ハイブリッドのうちの一つを一例として示している。また、ＬＯ光源４１１は、９０度ハイブリッド４１０にＬＯ光を入射するためのものである。バランスド光検出器（ＢＰＤ:balanced photodiode）４２１及び４２２は、９０度ハイブリッド４１０からの光信号を検出するためのものである。また、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ:trans-impedance amplifier）４３１及び４３２は、電流信号を電圧信号に変換するためのものである。ＡＤ変換回路４４１及び４４２は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００６６】
本実施の形態におけるコヒーレント光受信機において、ＱＰＳＫ信号光（ＱＰＳＫ信号パルス）と時間的に同期したＬＯ光を９０度ハイブリッド４１０に入射すると、９０度ハイブリッドより４種類の各々の位相における信号光が分岐されて出力される。これらの信号光は、同相信号及び直交位相信号が各々入力するように接続されたバランスド光検出器４２１及び４２２において検出される。尚、バランスド光検出器４２１及び４２２は、各々２つのフォトダイオードを有しており、どちらか一方に信号光が入射した場合、１または−１に相当する電流が流れ、同時に信号光が入射した場合には、電流が流れない特徴を有している。従って、ＱＰＳＫ信号光における位相情報を識別することができる。バランスド光検出器４２１及び４２２により検出された光信号は電流信号となり、トランスインピーダンスアンプ４３１及び４３２において電流信号を電圧信号に変換し、ＡＤ変換回路４４１及び４４２においてアナログである電圧信号をデジタル信号に変換する。この後、このデジタル信号をデジタル信号処理回路４５１において、これらのデジタル信号を信号処理することにより、コヒーレント光受信機として機能するものである。
【００６７】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は９０度ハイブリッドであり、差分四位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ：differential quadrature phase shift keying）信号光に対応したものである。具体的には、第２の実施の形態における９０度ハイブリッドは、ＱＰＳＫ信号光及びＬＯ光を時間的に同時に入力するものであるのに対し、本実施の形態における９０度ハイブリッドは、差分四位相偏移変調信号光を入力するものである。このため、ＬＯ光を必要としないため、ＬＯ光源は不要となる。
【００６８】
図２５に示すように、本実施の形態における９０度ハイブリッドは、第３の光カプラとなる１×２ＭＭＩカプラ５１０、第１の光カプラとなる２×４ＭＭＩカプラ５１１、第２の光カプラとなる２×２ＭＭＩカプラ５１２を有している。１×２ＭＭＩカプラ５１０には、入力側に第９の導波路となる光導波路５３０が接続されており、出力側に第３の導波路及び第４の導波路となる光導波路５３１及び５３２が接続されている。２×４ＭＭＩカプラ５１１には、入力側に光導波路５３１及び５３２が接続されており、出力側に第１の光導波路及び第２の光導波路となる光導波路５２１及び５２２、第５の光導波路及び第６の光導波路となる光導波路５３３及び５３４が接続されている。２×２ＭＭＩカプラ５１２には、入力側に光導波路５２１及び５２２が接続されており、出力側に第７の光導波路及び第８の光導波路となる光導波路５３５及び５３６が接続されている。ここで、２×４ＭＭＩカプラ５１１、２×２ＭＭＩカプラ５１２、光導波路５２１、５２２、５３１、５３２、５３３、５３４、５３５及び５３６により形成されるものは、第２の実施の形態における９０度ハイブリッドと同様のものであり、同様の機能を有している。また、１×２ＭＭＩカプラ５１０と２×４ＭＭＩカプラ５１１との間に形成される光導波路５３１は、光導波路５３２に対しＤＱＰＳＫ信号１ビット分遅延するように形成されている。
【００６９】
１×２ＭＭＩカプラ５１０の入力側にＤＱＰＳＫ信号光を入力すると、１×２ＭＭＩカプラ５１０において２つに分岐され光導波路５３１及び５３２に出力され、２×４ＭＭＩカプラ５１１に入力する。上述のとおり、２×４ＭＭＩカプラ５１１には、光導波路５３２に対し１ビット遅延した光信号が光導波路５３１より入力されるため、光導波路５３１及び５３２より２×４ＭＭＩカプラ５１１に入力される光信号は、時間的に同期した信号となる。これにより、光導波路５３３には、位相差πの光信号が出力され、光導波路５３４には、位相差のない光信号が出力され、光導波路５３５には、位相差π／２の光信号が出力され、光導波路５３６には、位相差−π／２の光信号が出力される。本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に製造マージンを広くすることができるため、作製トレランスを向上させることができる。
【００７０】
尚、上記においては、１×２ＭＭＩカプラ５１０を用いた場合について説明したが、１×２ＭＭＩカプラ５１０に代えてＹ分岐カプラ、２×２ＭＭＩカプラ、２×２方向性結合器を用いた場合においても、同様の９０度ハイブリッドを得ることができる。
【００７１】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様である。
【００７２】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第４の実施の形態における９０度ハイブリッドを有する光受信機である。
【００７３】
図２６に基づき本実施の形態における光受信機について説明する。本実施の形態における光受信機は、第４の実施の形態における９０度ハイブリッドに、バランスド光検出器４２１及び４２２、トランスインピーダンスアンプ４３１及び４３２、ＡＤ変換回路４４１及び４４２、デジタル信号処理回路４５１が接続されたものである。尚、バランスド光検出器４２１及び４２２、トランスインピーダンスアンプ４３１及び４３２、ＡＤ変換回路４４１及び４４２、デジタル信号処理回路４５１は、第３の実施の形態と同様のものである。
【００７４】
本実施の形態における光受信機では、光導波路５３０にＤＱＰＳＫ信号光を入力すると、１×２ＭＭＩカプラ５１０において２つに分岐され光導波路５３１及び５３２を介し、２×４ＭＭＩカプラ５１１に入力する。上述のとおり、２×４ＭＭＩカプラ５１１には、光導波路５３２に対し１ビット遅延した光信号が光導波路５３１より入力されるため、光導波路５３１及び５３２より２×４ＭＭＩカプラ５１１に入力される光信号は、時間的に同期した信号となる。これにより、光導波路５３３、５３４、５３５、５３６には、各々位相差πの光信号、位相差のない光信号、位相差π／２の光信号、位相差−π／２の光信号が出力され、バランスド光検出器４２１及び４２２により検出される。このようにして、ＤＱＰＳＫ変調信号を識別することのできる光受信機を得ることができる。
【００７５】
尚、上記以外の内容については、第３の実施の形態と同様である。
【００７６】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００７７】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
第１の光カプラと、
第２の光カプラと、
前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであることを特徴とする光導波路素子。
（付記２）
前記第１の光導波路における円弧状の曲げ導波路の曲率半径により描かれる円の中心と、前記第２の光導波路における円弧状の曲げ導波路の曲率半径により描かれる円の中心とは、一致していることを特徴とする付記１に記載の光導波路素子。
（付記３）
前記第１の光導波路における曲げ導波路の曲率半径Ｒ１と前記第２の光導波路における曲げ導波路の曲率半径Ｒ２との平均である平均曲率半径Ｒ０は、１００μｍ以上であることを特徴とする付記２に記載の光導波路素子。
（付記４）
前記第１の光導波路は、曲げ導波路と直線導波路とを有していることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記５）
前記第２の光導波路は、曲げ導波路と直線導波路とを有していることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記６）
前記直線導波路と前記曲げ導波路との接続部分において、前記直線導波路の中心と前記曲げ導波路の中心とがずれて形成された段部を有していることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記７）
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路は、ＩｎＰを含む基板上に形成されたＧａＩｎＡｓＰを含むコア層、前記コア層上に形成されたＩｎＰを含むクラッド層により形成されているものであることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記８）
前記第１の光カプラは、１×２光カプラ、２×２光カプラまたは２×４光カプラのうち、いずれかの光カプラであることを特徴とする１から７のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記９）
前記第２の光カプラは、２×２光カプラであることを特徴とする１から８のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記１０）
前記第１の光カプラは、ＭＭＩカプラであることを特徴とする付記８に記載の光導波路素子。
（付記１１）
前記第２の光カプラは、ＭＭＩカプラであることを特徴とする付記８または９に記載の光導波路素子。
（付記１２）
第１の光カプラと、
第２の光カプラと、
前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであって、
前記第１のカプラは２×４の光カプラであって、
前記第２のカプラは２×２の光カプラであって、
前記第１のカプラの入力側に接続された第３の光導波路及び第４の光導波路を有し、
前記第１のカプラの出力側には、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の他、第５の光導波路及び第６の光導波路を有し、
前記第２のカプラの出力側には、第７の光導波路及び第８の光導波路を有していることを特徴とする光ハイブリッド回路。
（付記１３）
前記第１の光導波路の長さと前記第２の光導波路の長さの差は、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路に入力される波長の光の（２ｎ＋１／４）πまたは、（２ｎ＋３／４）πに相当するものであること（ｎは０を含む自然数）を特徴とする付記１２に記載の光ハイブリッド回路。
（付記１４）
前記第１のカプラは２×４の光カプラの出力側において、前記第１の光導波路が前記第２の光導波路よりも内側に設けられている場合には、前記第２の光導波路は前記第１の光導波路に対し、（ｎ＋π／４）長く形成されており、
または、前記第１のカプラは２×４の光カプラの出力側において、前記第２の光導波路が前記第１の光導波路よりも内側に設けられている場合には、前記第２の光導波路は前記第１の光導波路に対し、（ｎ＋３π／４）長く形成されている、
ことを特徴とする付記１３に記載の光ハイブリッド回路。
（付記１５）
前記第３の光導波路または前記第４の光導波路のいずれか一方には、局発光が入力され、他方には、ＱＰＳＫ信号光が入力されるものであって、
前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路からは同相信号が出力され、
前記第７の光導波路及び前記第８の光導波路からは直交位相信号が出力されることを特徴とする付記１２から１４のいずれかに記載の光ハイブリッド回路。
（付記１６）
入力側に第９の光導波路が接続された１×２の光カプラからなる第３の光カプラを有し、
前記第３のカプラの出力側には前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路が接続されており、
前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路のうちいずれか一方は他方に対し、前記第９の光導波路に入力される信号光のビットレートの一周期の相当する分長く形成されていることを特徴とする付記１２から１４のいずれかに記載の光ハイブリッド回路。
（付記１７）
前記第９の光導波路には、ＤＱＰＳＫ信号が入力されるものであって、
前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路からは同相信号が出力され、
前記第７の光導波路及び前記第８の光導波路からは直交位相信号が出力されることを特徴とする付記１６に記載の光ハイブリッド回路。
（付記１８）
第１の光カプラと、
第２の光カプラと、
前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであって、
前記第１のカプラは２×４の光カプラであって、
前記第２のカプラは２×２の光カプラであって、
前記第１のカプラの入力側に接続された第３の光導波路及び第４の光導波路を有し、
前記第１のカプラの出力側には、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の他、第５の光導波路及び第６の光導波路を有し、
前記第２のカプラの出力側には、第７の光導波路及び第８の光導波路を有し、
前記第３の光導波路または前記第４の光導波路のいずれか一方には、局発光が入力され、他方には、ＱＰＳＫ信号光が入力され、
前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路からは同相信号が出力され、
前記第７の光導波路及び前記第８の光導波路からは直交位相信号が出力されるものであって、
前記同相信号及び前記直交位相信号を検出する二つの検出部を有し、
前記検出部に接続されたデジタル信号処理回路を有することを特徴とする光受信機。
（付記１９）
前記検出部は、前記同相信号及び前記直交位相信号を検出するためのバランスド光検出器が設けられていることを特徴とする付記１８に記載の光受信機。
（付記２０）
前記検出部は、前記バランスド光検出器に接続されたトランスインピーダンスアンプと、
前記トランスインピーダンスアンプに接続されたＡＤ変換回路と、
を有し、各々の前記検出部における前記ＡＤ変換回路は、前記デジタル信号処理回路に接続されていることを特徴とする付記１９に記載の光受信機。
【符号の説明】
【００７８】
１１ １×２ＭＭＩカプラ
１２ ２×２ＭＭＩカプラ
２１ 光導波路
２２ 光導波路
２３ 光導波路
２４ 光導波路
２５ 光導波路
Ｒ１ 光導波路２１の曲率半径
Ｒ２ 光導波路２２の曲率半径
Ｒ０ 平均曲率半径（光導波路２１の曲率半径と光導波路２２との曲率半径の平均）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路素子、光ハイブリッド回路及び光受信機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気通信よりも高速で大容量の情報の通信が可能な光通信システムが普及している。光通信システムでは、様々な光信号処理を行なうために、光信号を分岐させる場合があり、このような場合、光を等分に分岐するのではなく、任意の比率で光信号を分岐することが必要となる場合がある。このように光信号を分岐し、また、結合するための素子（光分岐・結合素子）に求められる条件としては、光分岐・結合素子における作製トレランスが大きいことが挙げられる。即ち、光分岐・結合素子を製造する際、製造マージンが狭いと、所望の均一な特性の光分岐・結合素子を得ることが困難となり、歩留まり等が低下することとなり、製造コストも上昇してしまうからである。
【０００３】
ところで、任意の光分岐比が得られる光分岐・結合素子としては、２つの２×２の光カプラの間に位相差を与える２本の光導波路を備えた光導波路素子が報告されている。例えば、図１に示すように、２×２光カプラ６１１及び６１２の間に設けられた光導波路６１３及び６１４において、各々の光導波路は幅が狭くなった領域を有し、幅が狭くなった領域の長さ又は幅を狭くするためのテーパを相互に異なる形状とした構造のものがある。このように、二つの光導波路６１３及び６１４において、光導波路の幅が狭くなった領域の長さ等を異ならせることにより、二つの光導波路６１３及び６１４において位相差を生じさせることができる。このため幅が狭くなった領域の長さ等を調整することにより、位相差を変化させ任意の光分岐比を得ることができる。
【０００４】
また、図２に示すように、２×２光カプラ６２１及び６２２の間に設けられた光導波路６２３及び６２４において、一方の光導波路６２４には、光導波路の幅が狭くなった領域を設け、他方の光導波路６２３には、このような領域を設けていない構造のものがある。この場合も、二つの光導波路６２３及び６２４において位相差が生じ、光導波路の幅が狭くなった領域の長さ等を調整することにより、位相差を変化させ任意の光分岐比を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４４９６３号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図１及び図２に示す光導波路素子では、形成される光導波路の幅が設計値からずれてしまうと、光導波路の幅が狭くなった領域における位相変化が所望の値からずれてしまい、所望の分岐比が得られなくなってしまう。具体的には、図２に示す構造の光導波路素子において、特性劣化の度合い（ＦＭ１）は、数１に示す式により表わされる。尚、ｋ０は真空中の波数、ＬＰＳは位相変化領域長、δｎ１及びδｎ２は、２つの光導波路の幅のズレに対する屈折率変化を示す。ブラケット＜＞は、２つの光導波路の幅が一定ではないため、局所的に屈折率変化が異なることを示す。
【０００７】
【数１】
【０００８】
数１に示す式より、光導波路の幅のズレに対する特性劣化を緩和するためには、（＜δｎ１＞−＜δｎ２＞）の値、または、ＬＰＳの値を低減させる必要がある。しかしながら、この２つのパラメータは、所望の位相差を得るため、一方を低減させると、他方が増大する関係にあり、作製トレランスを増大させるには限界があった。
【０００９】
従って、光導波路を長く形成することなく、また、作製トレランスの大きな光導波路素子、及び、このような光導波路素子を有する光ハイブリッド回路及び光受信機が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施の形態の一観点によれば、第１の光カプラと、第２の光カプラと、前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであることを特徴とする。
【００１１】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、第１の光カプラと、第２の光カプラと、前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであって、前記第１のカプラは２×４の光カプラであって、前記第２のカプラは２×２の光カプラであって、前記第１のカプラの入力側に接続された第３の光導波路及び第４の光導波路を有し、前記第１のカプラの出力側には、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の他、第５の光導波路及び第６の光導波路を有し、前記第２のカプラの出力側には、第７の光導波路及び第８の光導波路を有していることを特徴とする。
【００１２】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、第１の光カプラと、第２の光カプラと、前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであって、前記第１のカプラは２×４の光カプラであって、前記第２のカプラは２×２の光カプラであって、前記第１のカプラの入力側に接続された第３の光導波路及び第４の光導波路を有し、前記第１のカプラの出力側には、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の他、第５の光導波路及び第６の光導波路を有し、前記第２のカプラの出力側には、第７の光導波路及び第８の光導波路を有し、前記第３の光導波路または前記第４の光導波路のいずれか一方には、局発光が入力され、他方には、ＱＰＳＫ信号光が入力され、前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路からは同相信号が出力され、前記第７の光導波路及び前記第８の光導波路からは直交位相信号が出力されるものであって、前記同相信号及び前記直交位相信号を検出する二つの検出部を有し、前記検出部に接続されたデジタル信号処理回路を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
開示の光導波路素子、光ハイブリッド回路及び光受信機によれば、光導波路を長く形成することなく、また、作製トレランスを大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の光導波路素子の構造図（１）
【図２】従来の光導波路素子の構造図（２）
【図３】光導波路素子の構造図
【図４】第１の実施の形態における光導波路素子の構造図
【図５】第１の実施の形態における他の光導波路素子の構造図
【図６】光導波路素子における光導波路のオフセットの説明図
【図７】光導波路をオフセットさせた光導波路素子の構造図
【図８】第１の実施の形態における光導波路をオフセットさせた光導波路素子の構造図
【図９】オフセットと光の透過量との相関図
【図１０】第１の実施の形態における光導波路素子の光導波路の構造図
【図１１】光導波路素子における光導波路の他のオフセットの説明図
【図１２】光導波路素子における光導波路の幅のズレの説明図
【図１３】光導波路の幅のズレと光の透過量との相関図
【図１４】第２の実施の形態における９０度ハイブリッドの構造図
【図１５】図１４に示す９０度ハイブリッドにおける波長と光の透過量との相関図
【図１６】図１７に示す９０度ハイブリッドにおける波長と光の透過量との相関図
【図１７】図３の光導波路素子を有する９０度ハイブリッドの構造図
【図１８】図１４に示す９０度ハイブリッドにおけるオフセット依存性を示す特性図
【図１９】図１７に示す９０度ハイブリッドにおけるオフセット依存性を示す特性図
【図２０】図１４に示す９０度ハイブリッドにおける光導波路の幅のズレ依存性を示す特性図
【図２１】第２の実施の形態における他の９０度ハイブリッドの構造図（１）
【図２２】第２の実施の形態における他の９０度ハイブリッドの構造図（２）
【図２３】第２の実施の形態における他の９０度ハイブリッドの構造図（３）
【図２４】第３の実施の形態における光受信機の構造図
【図２５】第４の実施の形態における９０度ハイブリッドの構造図
【図２６】第５の実施の形態における光受信機の構造図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１６】
〔第１の実施の形態〕
光導波路素子としては、図１及び図２に示す構造のものとは、別の構造のものも考えられる。例えば、図３に示すように、２×２光カプラ６３１及び６３２間に形成される２本の光導波路を互いに同じ幅で形成し、一方の光導波路６３３を直線的に形成し、他方の光導波路６３４を屈曲させることにより、位相差を生じさせた光導波路素子が考えられる。この場合、この光導波路素子における特性劣化の度合い（ＦＭ２）は、数２に示す式により表わされる。尚、ｋ０は真空中の波数、ｎｅｑは光導波路の実効屈折率、ΔＬＰＳは遅延導波路長（光導波路６３４と光導波路６３３との長さの差）を示す。
【００１７】
【数２】
【００１８】
数２におけるｎｅｑの値は、数１における（＜δｎ１＞−＜δｎ２＞）の値よりも、２桁程大きいものの、数２におけるΔＬＰＳの値は、数１におけるＬＰＳよりも３桁程小さいため、ＦＭ２は、ＦＭ１よりも小さくなる。即ち、図３に示す構造の光導波路素子は、図１及び図２に示す構造の光導波路素子に対し、特性劣化が抑制されたものとなる。しかしながら、図３に示す光導波路素子の場合では、光導波路６３４において曲げられている領域における伝搬モードの制御が必要不可欠である。即ち、光導波路６３４の曲げられている領域においてモード揺らぎが生じると、所望の位相差から大幅にずれてしまう可能性があり、安定して使用することは困難なものとなる。
【００１９】
次に、第１の実施の形態における光導波路素子について説明する。本実施の形態における光導波路素子は、図４に示すように、１×２ＭＭＩ（Multi-Mode Interference）カプラ１１及び２×２ＭＭＩカプラ１２と、１×２ＭＭＩカプラ１１と２×２ＭＭＩカプラ１２との間に設けられた２つの光導波路２１及び２２を有している。第１の光カプラである１×２ＭＭＩカプラ１１は、光導波路２３から入射した光を２つに分岐し第１の光導波路である光導波路２１及び第２の光導波路である光導波路２２へと出射するものである。また、第２の光カプラである２×２ＭＭＩカプラ１２は、光導波路２１及び２２より入射した光を干渉させ光導波路２４及び２５に出射するものである。尚、光導波路２１及び２２は、同じ向きに曲げられており、円弧状に形成されている。具体的には、光導波路２１は、曲率半径Ｒ１で曲げられており、光導波路２２は、曲率半径Ｒ２で曲げられおり、光導波路２１を含む曲率半径Ｒ１で描かれる円の中心と、光導波路２２を含む曲率半径Ｒ２で描かれる円の中心とは略一致するように形成されている。尚、曲率半径Ｒ１及びＲ２は、数３に示す式で表わされるものであり、Ｒ０は、曲率半径Ｒ１とＲ２との平均値であり、本願においては平均曲率半径と称する。このため、光導波路２１と光導波路２２は、ともに曲げ導波路を有しており、光導波路２１における光路長と光導波路２２における光路長とは異なるものとなる。
【００２０】
【数３】
【００２１】
１×２ＭＭＩカプラ１１及び２×２ＭＭＩカプラ１２に接続されている光導波路２１及び２２が、曲率半径Ｒ１及びＲ２における角度θの円弧となる領域に形成されたものと仮定した場合、光導波路２１と光導波路２２との長さの差は、２×θ×δＲとなる。よって、この差だけ位相差を生じさせることができる。即ち、光導波路２１及び２２において、角度θ、曲率半径Ｒ１及びＲ２を調整することにより、所望の位相差を得ることができる。このように形成された光導波路素子の特性劣化の度合いは、数２に示す場合と同様であり、図１及び図２に示す場合と比較して、特性劣化を抑制することができる。尚、δＲは、Ｒ０（平均曲率半径）に対し極めて小さいため、２本の光導波路２１及び２２における伝搬モードの曲率半径依存性は殆どないものと考えられる。
【００２２】
また、曲げられている２本の光導波路２１及び２２において、双方とも同様に曲げられて形成されているため、モード揺らぎが生じた場合であっても、双方とも同様の影響を受けることから、２本の光導波路２１及び２２における位相差を実質的に一定に保つことができる。よって、２本の光導波路２１及び２２は、光導波路の形成される領域が短く、また、モード揺らぎの影響にも鈍感であるため、安定して使用することができる。尚、光導波路２１及び２２は、１×２ＭＭＩカプラ１１及び２×２ＭＭＩカプラ１２に対し実質的に垂直となるように接続されているものとする。
【００２３】
図４は、２×２光カプラ１２からの出力に接続される光導波路２４及び２５が直線的な形状のものについて示している。しかしながら、図５に示すように、２×２光カプラ１２からの出力に接続される光導波路３４及び３５を曲率半径Ｒ２及びＲ１で曲げることにより、光導波路２３の延びる方向と光導波路３４及び３５の延びる方向とを実質的に同じ方向にすることも可能である。
【００２４】
（光導波路素子の特性）
次に、本実施の形態における光導波路素子の特性について説明する。通常、図６に示すように、光導波路素子においては、光カプラ１１１に光導波路１２１を接続する際、光導波路１２１を直線導波路１２１ａと曲げ導波路１２１ｂにより形成し、直線導波路１２１ａと曲げ導波路１２１ｂとの間にオフセット部１２１ｃが設けられる。これは曲げ導波路を伝搬するモードの電界分布は、曲げ導波路の外側にシフトする傾向にあるため、直線導波路を伝搬するモードの電界分布値と曲げ導波路を伝搬するモードの電界分布とは整合しなくなり、これにより過剰損失やモード揺らぎが生じてしまう。このため直線導波路１２１ａと曲げ導波路１２１ｂとの間にオフセット部１２１ｃを設け、所定の位置オフセットさせることにより、直線導波路１２１ａの中心と曲げ導波路１２１ｂの中心とを意図的にずらし、モードのシフトの影響を抑制するものである。即ち、曲げ導波路１２１ｂを伝搬するモードの電界分布は、曲げ導波路１２１ｂの外側にシフトする傾向にある。従って、曲げ導波路１２１ｂを直線導波路１２１ａに対し所定のオフセットの値ΔＳオフセットさせることにより、モードのシフトの影響を抑制するものである。尚、このオフセット部１２１ｃは、直線導波路１２１ａと曲げ導波路１２１ｂとの境界部分に設けられるものであって、本願においては段部とも称する。
【００２５】
図７は、図３に示す構造の光導波路素子であるマッハ・ツェンダ干渉計において、光導波路６３４をオフセットさせた構造のものである。図７に示す構造の光導波路素子は、光導波路６３４が直線導波路６３４ａと曲げ導波路６３４ｂにより形成されており、直線導波路６３４ａと曲げ導波路６３４ｂとの間をΔＳオフセットさせたものである。尚、曲げ導波路６３４ｂ間においては、変曲点においてもオフセットがされるため、計４ヶ所でオフセットがされている。
【００２６】
図８は、本実施の形態における光導波路素子であるマッハ・ツェンダ干渉計において、光導波路３１及び３２をオフセットさせた構造のものである。即ち、図８に示す構造の光導波路素子は、光導波路３１及び光導波路３２が各々直線導波路３１ａ及び３２ａと曲げ導波路３１ｂ及び３２ｂにより形成されており、直線導波路３１ａ及び３２ａと曲げ導波路３１ｂ及び３２ｂとの間をΔＳオフセットさせたものである。よって、光導波路３１及び３２においては、各々２ヶ所でオフセットがされている。
【００２７】
図９には、図７に示す光導波路素子（光導波路素子Ａ）と、図８に示す本実施の形態における光導波路素子（光導波路素子１）において、オフセットの値ΔＳと出力される光の分岐量（光の透過量、トランスミッタンス）との関係を示す。尚、オフセットの値ΔＳは、光導波路素子Ａにおいては、直線導波路６３４ａと曲げ導波路６３４ｂにおけるオフセット及び曲げ導波路６３４ｂ同士間におけるオフセットの値である。また、光導波路素子１においては、直線導波路３１ａ及び３２ａと曲げ導波路３１ｂ及び３２ｂとの間におけるオフセットの値である。
【００２８】
また、光導波路素子Ａは、光導波路６３５と光導波路６３３との位相差が−π／４となるように形成されており、光導波路素子１は、光導波路３１と光導波路３２との位相差が−π／４となるように形成されている。これにより、設計上、光導波路素子Ａは、光導波路６３５と光導波路６３３との光出力を８５（約０．７ｄＢ損失）：１５（約８．３ｄＢ損失）で分岐することができ、光導波路素子１は、光導波路３１と光導波路３２との光出力を８５：１５で分岐することができる。
【００２９】
更に、光導波路素子Ａ及び光導波路素子１における各々の光導波路は、図１０に示すように、ハイメサ導波路構造により形成されている。具体的には、ＩｎＰ基板２１１上にＧａＩｎＡｓＰコア層２１２、ＩｎＰクラッド層２１３を積層し、ＧａＩｎＡｓＰコア層２１２及びＩｎＰクラッド層２１３、ＩｎＰ基板２１１の一部を除去することにより、ハイメサ導波路構造となるように形成されている。このＧａＩｎＡｓＰコア層２１２におけるバンドギャップ波長λｇは、１．０５μｍであり、形成される光導波路の幅は、ともに、２．５μｍであり、単一モードの条件を満足するものである。尚、光導波路素子１は、Ｒ０が５００μｍ、δＲが１．５μｍとなるように形成されている。
【００３０】
図９に示されるように、本実施の形態に係る光導波路素子１は、オフセットの値ΔＳに依存することなく、光導波路３１と光導波路３２とにおける光出力を略８５：１５となるように分岐することができる。しかしながら、図７に示す光導波路素子Ａは、オフセットの値ΔＳが０．０４μｍ前後においては、光導波路６４３と光導波路６４４とにおける光出力を８５：１５となるように分岐させることができるが、オフセットの値ΔＳが変化すると分岐比も変化してしまう。即ち、オフセットの値ΔＳを０〜０．１μｍの範囲で変化させた場合に、本実施の形態に係る光導波路素子１における分岐比は、８５：１５で略一定である。これに対し、光導波路素子Ａは、８５に分岐される光は約±６％変化し、１５に分岐される光は約±２７％変化し、分岐比はオフセットの値ΔＳに依存し変化してしまう。
【００３１】
このように、図７に示す光導波路素子Ａにおいて、光出力の分岐比が大きく変化するのは、曲げ導波路において高次モードまたは高次漏洩モードが励振し、ΔＬＰＳに起因する位相変化量が変化することによるものと考えられる。
【００３２】
一方、図８に示す本実施の形態に係る光導波路素子１では、オフセットの値ΔＳを０〜０．１μｍの範囲で変化させても、光出力の分岐比の変化量は±１％以内であり、殆ど変化していない。これは光導波路３１と光導波路３２とは、極めて近い曲率半径により曲げ導波路が形成されており、曲げ導波路において高次モードまたは高次漏洩モードが励振されるものの、光導波路３１と光導波路３２とで、同じモードが励振されるからであると考えられる。これにより光導波路３１と光導波路３２とにおいては、所定の位相変化量が保たれ、光の分岐比を実質的に一定にすることができるものと考えられる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態における光導波路素子においては、直線導波路と曲げ導波路とのオフセットの値ΔＳに依存することなく、光の分岐比を一定にすることができ、製造する際に、オフセットの値ΔＳが多少ずれても、光の分岐比に影響を与えることはない。更に、本実施の形態における光導波路素子では、光の分岐比はオフセットの値ΔＳに依存しないため、直線導波路と曲げ導波路との間にオフセット部を設ける必要がない。
【００３４】
また、上記においては、光導波路が直線導波路と曲げ導波路とにより形成されている場合について説明したが、図１１に示すように、光導波路１４１が曲げ導波路のみにより形成されており、カプラ１３１と接続されている場合も同様である。具体的には、光導波路１４１とカプラ１３１との接続位置を所定の位置よりもΔＭずれている位置で接続している場合、ΔＭはオフセットの値ΔＳと同様に考えることができる。即ち、本実施の形態における光導波路素子では、光導波路１４１とカプラ１３１との接続位置が製造誤差等により多少ずれて形成されても、所望の光出力の分岐比を得ることができ、製造マージンを広くすることができる。
【００３５】
次に、図１２に基づき、形成される光導波路の幅が製造誤差等の影響により変動する場合について説明する。このような場合として、図１２（ａ）に示すように、製造誤差等の影響により、光導波路１５１ａが設計値の幅Ｗよりも広く幅Ｗ＋δＷで形成される場合、図１２（ｂ）に示すように、光導波路１５１ｂが設計値の幅Ｗよりも狭く幅Ｗ−δＷで形成される場合がある。
【００３６】
図１３に、光導波路の幅と分岐された光出力との関係について説明する。尚、上述のとおり、光導波路素子１は、本実施の形態に係る光導波路素子であり、光導波路素子Ａは、図３に示す構造の光導波路素子であり、光導波路素子Ｂは、図２に示す構造の光導波路素子である。また、光導波路素子１、光導波路素子Ａ及び光導波路素子Ｂは、光出力が８５：１５となるように形成されている。図１３に示すように、δＷを−０．０５〜０．０５μｍの範囲で変化させた場合、光出力が１５となる出力ポートでは、光導波路素子Ｂにおける光出力の変化率は±１１％であり、光導波路素子Ａにおける光出力の変化率は約±２．５％である。これに対し、光導波路素子１における光出力の変化率は約±２．５％以下である。このように、本実施の形態に係る光導波路素子１は、形成される光導波路において幅のずれの影響をあまり受けることなく、光出力を所望の分岐比で分岐することができる。言い換えれば、光導波路素子１は、製造誤差等により、形成される光導波路の幅が多少太く形成された場合、また、細く形成された場合においても、所望の分岐比で光出力を分岐することができる。このように、本実施の形態に係る光導波路素子１においては、光導波路の幅における製造誤差等の影響を受け難いため、製造マージンを広くすることができる。
【００３７】
以上、光導波路素子において２つのＭＭＩカプラ間に設けられる２つの光導波路における位相差が、−π／４の場合について説明したが、本実施の形態における光導波路素子においては、任意の位相差に設定することができる。従って、これら任意の位相差においても、上記と同様に製造マージンを広くすることができ、作製トレランスを飛躍的に向上させることができる。
【００３８】
また、本実施の形態においては、１×２光カプラ１１と２×２光カプラ１２との間における光導波路２１及び２２は、同心円の一部である円弧において形成した場合について説明したが、上記構造に限定されるものではない。例えば、上述したように光導波路２１及び２２は、直線導波路、曲げ導波路、直線導波路が連続して接続されている構造のもの、曲げ導波路、直線導波路、曲げ導波路が連続して接続されている構造のものでもよい。
【００３９】
また、光導波路２１及び２２の幅は、一定の幅で形成されているものでなくてもよく、１×２光カプラ１１または２×２光カプラ１２の一方から他方に向かって、幅が広がるように形成されていてもよく、また、幅が狭くなるように形成されていてもよい。
【００４０】
更に、本実施の形態における説明では、Ｒ０の値が５００μｍである場合について説明したが、Ｒ０の値は１００μｍ以上の任意の値においても同様の効果を得ることができる。即ち、Ｒ０の値が小さくなると、各々の曲げ導波路の曲率半径が小さくなり、光導波路における曲げが急激なものとなることから、双方の光導波路において同じモードが励振しなくなる場合がある。このような場合には、製造誤差等の影響により安定した光導波路素子を得ることが困難なものとなり、僅かな製造誤差等の影響を受けやすくなる。よって、十分な製造マージンを得ることができ、所望の作製トレランスを得るためには、平均曲率半径Ｒ０の値は、１００μｍ以上であることが好ましい。
【００４１】
（製造方法）
次に、図１０に基づき本実施の形態における光導波路素子の製造方法について説明する。
【００４２】
最初に、ＩｎＰ基板２１１上に、ＭＯＶＰＥ（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法により、アンドープのＧａＩｎＡｓＰコア層２１２及びＩｎＰクラッド層２１３をエピタキシャル成長により形成する。ＩｎＰ基板２１１は、ｎ型またはアンドープのＩｎＰである。また、形成されるＧａＩｎＡｓＰコア層２１２は、バンドギャップ波長が１．０５μｍ、膜厚０．５μｍであり、形成されるＩｎＰクラッド層２１３は、ｎ型またはアンドープのＩｎＰであり、膜厚２．０μｍである。
【００４３】
次に、ＩｎＰクラッド層２１３上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等によりＳｉＯ２膜を成膜し、更に、ＳｉＯ２膜上にフォトレジストを塗布し、フォトマスクを用いて露光装置による露光、現像を行なうことにより、レジストパターンを形成する。レジストパターンは、光導波路素子における導波路領域に形成される。この後、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉＯ２膜をＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）等のドライエッチングにより除去することにより、不図示のＳｉＯ２マスクを形成する。
【００４４】
次に、ＳｉＯ２マスクの形成されていない領域のＩｎＰクラッド層２１３、ＧａＩｎＡｓＰコア層２１２及びＩｎＰ基板２１１の一部をＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductive Coupled Plasma-ＲＩＥ）等のドライエッチングにより除去する。このようにして、高さが約３．０μｍとなるハイメサ導波路構造を形成する。
【００４５】
尚、上述した説明では、ＩｎＰ系化合物半導体材料を用いた場合について説明したが、ＧａＡｓ系化合物半導体材料、Ｓｉ系半導体材料、誘電体材料、高分子材料等を用いた場合においても、同様の光導波路素子を製造することが可能である。
【００４６】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における光導波路素子と同様の構造の光導波路素子を含む光ハイブリッド回路である９０度ハイブリッドである。図１４に、本実施の形態における９０度ハイブリッドを示す。
【００４７】
本実施の形態における９０度ハイブリッドは、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２を有しており、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２との間には光導波路３２１及び３２２が設けられている。尚、この光導波路３２１及び３２２は、第１の実施の形態における光導波路２１及び２２と同様の構造により形成されている。
【００４８】
本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいて、第１の光カプラとなる２×４ＭＭＩカプラ３１１の入力側には、第３の光導波路及び第４の光導波路である２本の光導波路３３１及び３３２が接続されている。光導波路３３１には、四位相偏移変調（ＱＰＳＫ：quadrature phase shift keying）信号光が入力し、光導波路３３２には、局発（ＬＯ：local oscillator）光が入力している。光導波路３３１に入射する四位相偏移変調信号は、基準となる信号（位相差が０）と、π／２、π、−π／２の位相差がある４つの信号を含むものである。光導波路３３１及び３３２に、これらの信号光を入力すると、２×４ＭＭＩカプラ３１１において４つの信号光に分岐され、この４つの信号光は２×４ＭＭＩカプラ３１１に接続されている４つの光導波路３３３、３３４、３２１、３２２に出力される。尚、本願においては、光導波路３３３及び３３４は、第５の光導波路及び第６の光導波路であり、光導波路３２１及び３２２は、第１の光導波路及び第２の光導波路である。具体的には、光導波路３３３には、位相差πの信号が出力され、光導波路３３４には、位相差のない信号が出力され、光導波路３２１には、位相差のない信号が出力され、光導波路３２２には、位相差πの信号が出力される。よって、２×４ＭＭＩカプラ３１１からは、２つの同相信号（In-phase）が出力される。ところで、本実施の形態における９０度ハイブリッドでは、光導波路３２１及び光導波路３２２は、２×２ＭＭＩカプラ３１２と接続されており、光導波路３２２は光導波路３２１に対し、位相差がπ／４遅れるように長く形成されている。これにより、２×２ＭＭＩカプラ３１２に接続されている第７の光導波路及び第８の光導波路である光導波路３３５及び３３６には、直交位相信号（Quadrature）が出力される。即ち、光導波路３３５には、位相差π／２の信号が出力され、光導波路３３６には、位相差−π／２の信号が出力される。尚、２×４ＭＭＩカプラ３１１において、第１の光導波路となる光導波路３２１は、第２の光導波路となる光導波路３２２よりも内側に設けられており、光導波路３２２は、光導波路３２１に対しπ／４位相差が生じるように、長く形成されている。また、位相差はπ／４生じていればよいため、（２ｎ＋１／４）πであってもよい（ｎは０を含む自然数）。
【００４９】
従って、前述のとおり光導波路３３３及び３３４からは、同相信号を出力させることができ、光導波路３３５及び３３６からは、直交位相信号を出力させることができる。尚、本実施の形態における光導波路素子において、光導波路３３３及び３３４からの光信号出力をＩ（In-phase）チャンネル、光導波路３３５及び３３６からの光信号出力をＱ（Quadrature）チャンネルという。
【００５０】
ところで、光導波路３２１及び光導波路３２２においては、製造誤差等の影響により、所定の値よりもずれて形成されると、直交位相信号成分において特性劣化が生じてしまう。しかしながら、本実施の形態における９０度ハイブリッドでは、第１の実施の形態と同様の構造の光導波路素子を含んでいるため、製造誤差等の影響による特性劣化を低く抑えることができ、製造マージンを広くすることができる。
【００５１】
次に、本実施の形態における９０度ハイブリッドの特性について説明する。通常、エラーを伴わない光信号処理を行なうためには、光信号受信時において同相信号雑音比（ＣＭＲＲ:common-mode contrast ratio）を２０ｄＢ以下に抑えることが求められている。このように２０ｄＢ以下のＣＭＲＲを得るためには、９０度ハイブリッドにおけるＩチャンネル及びＱチャンネル間における偏差を０．９ｄＢ以内に抑える必要がある。尚、受信感度のバラツキを考慮するならば、９０度ハイブリッドのＩチャンネル及びＱチャンネル間における偏差は、より厳しいものが要求される。
【００５２】
図１５は、図１４に示す本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいて、波長と光の透過量との関係を示すものであり、図１６は、図１７に示す構造の９０度ハイブリッドの波長と光の透過量との関係を示すものである。尚、図１５は、図１４に示す本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいて、光導波路３３１には光を入力することなく、光導波路３３２のみに光を入力したものである。この場合における光導波路３３３、３３４、３３５及び３３６における出力をＣｈ−１、Ｃｈ−２、Ｃｈ−３、Ｃｈ−４として示すものである。また、図１７に示す構造の９０度ハイブリッドは、図３に示される光導波路素子を有するものである。即ち、図１７に示す構造の９０度ハイブリッドは、２×４ＭＭＩカプラ７１１と２×２ＭＭＩカプラ７１２を有しており、２×４ＭＭＩカプラ７１１と２×２ＭＭＩカプラ７１２との間には、光導波路７２１及び７２２が設けられている。この光導波路７２１及び７２２は、図３に示される光導波路６３３及び６３４と同様の構造で形成されている。図１７に示される９０度ハイブリッドは、２×４ＭＭＩカプラ７１１には、入力側に、光導波路７３１及び７３２が接続されており、出力側に、光導波路７２１、７２２、７３３及び７３４が接続されている。また、２×２ＭＭＩカプラ７１２には、入力側に、光導波路７２１及び７２２が接続されており、出力側に、光導波路７３５及び７３６が接続されている。尚、図１７に示す構造の９０度ハイブリッドに形成される光導波路は、オフセットの値ΔＳが最適化されているものとする。尚、図１６は、図１７に示す構造の９０度ハイブリッドにおいて、光導波路７３１には光を入力することなく、光導波路７３２のみに光を入力したものである。この場合における光導波路７３３、７３４、７３５及び７３６における出力をＣｈ−１、Ｃｈ−２、Ｃｈ−３、Ｃｈ−４として示している。
【００５３】
また、図１４に示す本実施の形態における９０度ハイブリッド及び図１７に示す構造の９０度ハイブリッドにおいて、光導波路は、すべて図１０に示すようなハイメサ構造で形成されている。即ち、これらの光導波路は、ＩｎＰ基板２１１上に、バンドギャップ波長λｇが１．０５μｍとなるＧａＩｎＡｓＰコア層２１２を形成し、更に、ＩｎＰクラッド層２１３を形成したものに、ドライエッチング等によりハイメサ構造を形成したものである。
【００５４】
図１５及び図１６に示されるように、双方の９０度ハイブリッドは、良好な分岐比を示しており、チャネル間偏差が小さいことが確認される。
【００５５】
次に、図１４に示す本実施の形態における９０度ハイブリッドと、図１７に示す構造の９０度ハイブリッドにおいて、図６に示すようなオフセットの値ΔＳを変化させた場合について説明する。
【００５６】
図１８は、図１４に示す本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいて、オフセットの値ΔＳを変化させた場合における波長とＱチャネル間偏差を示すものである。また、図１９は、図１７に示す９０度ハイブリッドにおいて、オフセットの値ΔＳを変化させた場合における波長とＱチャネル間偏差を示すものである。図１８に示されるように、本実施の形態における９０度ハイブリッドでは、オフセットの値ΔＳが０〜０．１μｍの範囲で変化した場合においても、Ｑチャネル間偏差は、±０．３ｄＢ以内の範囲内である。一方、図１９に示されるように、図１７に示される構造の９０度ハイブリッドでは、オフセットの値ΔＳが０〜０．１μｍの範囲で変化した場合のＱチャネル間偏差は、±１ｄＢ以上であり大きく変化する。本実施の形態における９０度ハイブリッドでは、前述したように、光導波路３２１及び３２２において、モード揺らぎが発生しても、殆ど影響を受けることがないため、Ｑチャネル間偏差を略一定に保つことができる。
【００５７】
次に、図１４に示す本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいて、図１２に示すように光導波路の幅が変化した場合について説明する。図２０は、図１４に示す本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいて、所定の幅Ｗに対するズレ量δＷが、−０．０５μｍ〜０．０５μｍの範囲で変化した場合における波長とＱチャネル間偏差を示すものである。図２０に示されるように、光導波路の幅Ｗに対するズレ量δＷが、−０．０５μｍ〜０．０５μｍの範囲で変化しても、Ｑチャネル間偏差は、±０．１５ｄＢ以内の範囲内であり、Ｑチャネル間偏差は極めて低い。
【００５８】
以上より、本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいては、オフセットの値ΔＳ及び光導波路の幅Ｗが、製造誤差等により所定の値とは若干異なる値で形成されても、これらの製造誤差の影響による特性変化は少なく、製造マージンを広くすることができる。よって、作製トレランスを飛躍的に向上させることができる。更に、本実施の形態における９０度ハイブリッドにおいては、光信号の分岐比はオフセットの値ΔＳに依存しないため、オフセットをさせる必要がない。
【００５９】
（変形例）
次に、本実施の形態における変形例について説明する。以下に示す変形例は、上述した９０度ハイブリッドと同様に、作製トレランスを飛躍的に向上させることができるものである。
【００６０】
最初に、図２１に示される構造の９０度ハイブリッドは、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２を有している。また、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２との間の光導波路３４１及び３４２が第１の実施の形態における光導波路２１及び２２と同様の構造で形成されている。更に、２×４ＭＭＩカプラ３１１には、入力側に、光導波路３３１及び３３２が接続されており、出力側に、光導波路３４１、３４２、３５３及び３５４が接続されている。また、２×２ＭＭＩカプラ３１２には、入力側に、光導波路３４１及び３４２が接続されており、出力側に、光導波路３５５及び３５６が接続されている。尚、光導波路３４２は光導波路３４１に対し、π／４遅延するように形成されている。即ち、２×４ＭＭＩカプラ３１１において、第１の光導波路となる光導波路３４１は、第２の光導波路となる光導波路３４２よりも内側に設けられており、光導波路３４２は、光導波路３４１に対しπ／４位相差が生じるように、長く形成されている。この９０度ハイブリッドでは、光導波路３５３には、位相差πの信号が出力され、光導波路３５４には、位相差のない信号が出力され、光導波路３５５には、位相差π／２の信号が出力され、光導波路３５６には、位相差−π／２の信号が出力される。このように２×２ＭＭＩカプラ３１２が接続される位置を変えても、作製トレランスの大きい９０度ハイブリッドを得ることができる。尚、光導波路３５３及び３５４は、第５の光導波路及び第６の光導波路に相当するものであり、光導波路３５５及び３５６は、第７の光導波路及び第８の光導波路に相当するものである。
【００６１】
次に、図２２に示される構造の９０度ハイブリッドは、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２を有している。また、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２との間の光導波路３６１及び３６２が第１の実施の形態における光導波路２１及び２２と同様の構造で形成されている。更に、２×４ＭＭＩカプラ３１１には、入力側に、光導波路３３１及び３３２が接続されており、出力側に、光導波路３６１、３６２、３３３及び３３４が接続されている。また、２×２ＭＭＩカプラ３１２には、入力側に、光導波路３６１及び３６２が接続されており、出力側に、光導波路３７５及び３７６が接続されている。尚、光導波路３６２は、光導波路３６１に対し、３π／４遅延するように形成されている。即ち、２×４ＭＭＩカプラ３１１において、第１の光導波路となる光導波路３６１は、第２の光導波路となる光導波路３６２よりも外側で接続されており、光導波路３６２は、光導波路３６１に対し３π／４位相差が生じるように、長く形成されている。また、位相差は３π／４生じていればよいため、（２ｎ＋３／４）πであってもよい（ｎは０を含む自然数）。この９０度ハイブリッドでは、光導波路３３３には、位相差πの信号が出力され、光導波路３３４には、位相差のない信号が出力され、光導波路３７５には、位相差−π／２の信号が出力され、光導波路３７６には、位相差π／２の信号が出力される。このように光導波路３６１及び３６２における曲がり導波路の方向を変えることにより、上述した効果の他、光導波路３６１及び３６２と光導波路３３３及び３３４とが衝突することなく配置することができる。これにより光導波路３６１、３６２、３３３及び３３４をより高密度に配置することができる。尚、光導波路３７５及び３７６は、第７の光導波路及び第８の光導波路に相当するものである。
【００６２】
また、図２３に示される構造の９０度ハイブリッドは、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２を有している。また、２×４ＭＭＩカプラ３１１と２×２ＭＭＩカプラ３１２との間の光導波路３８１及び３８２が第１の実施の形態における光導波路２１及び２２と同様の構造で形成されている。更に、２×４ＭＭＩカプラ３１１には、入力側に、光導波路３３１及び３３２が接続されており、出力側に、光導波路３８１、３８２、３５３及び３５４が接続されている。また、２×２ＭＭＩカプラ３１２には、入力側に、光導波路３８１及び３８２が接続されており、出力側に、光導波路３９５及び３９６が接続されている。尚、光導波路３８２は光導波路３８１に対し、３π／４遅延するように形成されている。即ち、２×４ＭＭＩカプラ３１１において、第１の光導波路となる光導波路３８１は、第２の光導波路となる光導波路３８２よりも外側で接続されており、光導波路３８２は、光導波路３８１に対し３π／４位相差が生じるように、長く形成されている。この９０度ハイブリッドでは、光導波路３５３には、位相差πの信号が出力され、光導波路３５４には、位相差のない信号が出力され、光導波路３９５には、位相差−π／２の信号が出力され、光導波路３９６には、位相差π／２の信号が出力される。このような構造の９０度ハイブリッドにおいても、図２２に示される構造の９０度ハイブリッドと同様の効果を得ることができる。尚、光導波路３９５及び３９６は、第７の光導波路及び第８の光導波路に相当するものである。
【００６３】
尚、本実施の形態における光導波路素子の製造方法等については、第１の実施の形態と同様である。
【００６４】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図２４に示されるように、コヒーレント光受信機である。本実施の形態におけるコヒーレント光受信機は、９０度ハイブリッド４１０、ＬＯ光源４１１、バランスド光検出器４２１及び４２２、トランスインピーダンスアンプ４３１及び４３２、ＡＤ変換回路４４１及び４４２、デジタル信号処理回路４５１を有している。
【００６５】
９０度ハイブリッド４１０は、第２の実施の形態におけるいずれかの９０度ハイブリッドにより形成されており、図２４では、第２の実施の形態における９０度ハイブリッドのうちの一つを一例として示している。また、ＬＯ光源４１１は、９０度ハイブリッド４１０にＬＯ光を入射するためのものである。バランスド光検出器（ＢＰＤ:balanced photodiode）４２１及び４２２は、９０度ハイブリッド４１０からの光信号を検出するためのものである。また、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ:trans-impedance amplifier）４３１及び４３２は、電流信号を電圧信号に変換するためのものである。ＡＤ変換回路４４１及び４４２は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００６６】
本実施の形態におけるコヒーレント光受信機において、ＱＰＳＫ信号光（ＱＰＳＫ信号パルス）と時間的に同期したＬＯ光を９０度ハイブリッド４１０に入射すると、９０度ハイブリッドより４種類の各々の位相における信号光が分岐されて出力される。これらの信号光は、同相信号及び直交位相信号が各々入力するように接続されたバランスド光検出器４２１及び４２２において検出される。尚、バランスド光検出器４２１及び４２２は、各々２つのフォトダイオードを有しており、どちらか一方に信号光が入射した場合、１または−１に相当する電流が流れ、同時に信号光が入射した場合には、電流が流れない特徴を有している。従って、ＱＰＳＫ信号光における位相情報を識別することができる。バランスド光検出器４２１及び４２２により検出された光信号は電流信号となり、トランスインピーダンスアンプ４３１及び４３２において電流信号を電圧信号に変換し、ＡＤ変換回路４４１及び４４２においてアナログである電圧信号をデジタル信号に変換する。この後、このデジタル信号をデジタル信号処理回路４５１において、これらのデジタル信号を信号処理することにより、コヒーレント光受信機として機能するものである。
【００６７】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は９０度ハイブリッドであり、差分四位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ：differential quadrature phase shift keying）信号光に対応したものである。具体的には、第２の実施の形態における９０度ハイブリッドは、ＱＰＳＫ信号光及びＬＯ光を時間的に同時に入力するものであるのに対し、本実施の形態における９０度ハイブリッドは、差分四位相偏移変調信号光を入力するものである。このため、ＬＯ光を必要としないため、ＬＯ光源は不要となる。
【００６８】
図２５に示すように、本実施の形態における９０度ハイブリッドは、第３の光カプラとなる１×２ＭＭＩカプラ５１０、第１の光カプラとなる２×４ＭＭＩカプラ５１１、第２の光カプラとなる２×２ＭＭＩカプラ５１２を有している。１×２ＭＭＩカプラ５１０には、入力側に第９の導波路となる光導波路５３０が接続されており、出力側に第３の導波路及び第４の導波路となる光導波路５３１及び５３２が接続されている。２×４ＭＭＩカプラ５１１には、入力側に光導波路５３１及び５３２が接続されており、出力側に第１の光導波路及び第２の光導波路となる光導波路５２１及び５２２、第５の光導波路及び第６の光導波路となる光導波路５３３及び５３４が接続されている。２×２ＭＭＩカプラ５１２には、入力側に光導波路５２１及び５２２が接続されており、出力側に第７の光導波路及び第８の光導波路となる光導波路５３５及び５３６が接続されている。ここで、２×４ＭＭＩカプラ５１１、２×２ＭＭＩカプラ５１２、光導波路５２１、５２２、５３１、５３２、５３３、５３４、５３５及び５３６により形成されるものは、第２の実施の形態における９０度ハイブリッドと同様のものであり、同様の機能を有している。また、１×２ＭＭＩカプラ５１０と２×４ＭＭＩカプラ５１１との間に形成される光導波路５３１は、光導波路５３２に対しＤＱＰＳＫ信号１ビット分遅延するように形成されている。
【００６９】
１×２ＭＭＩカプラ５１０の入力側にＤＱＰＳＫ信号光を入力すると、１×２ＭＭＩカプラ５１０において２つに分岐され光導波路５３１及び５３２に出力され、２×４ＭＭＩカプラ５１１に入力する。上述のとおり、２×４ＭＭＩカプラ５１１には、光導波路５３２に対し１ビット遅延した光信号が光導波路５３１より入力されるため、光導波路５３１及び５３２より２×４ＭＭＩカプラ５１１に入力される光信号は、時間的に同期した信号となる。これにより、光導波路５３３には、位相差πの光信号が出力され、光導波路５３４には、位相差のない光信号が出力され、光導波路５３５には、位相差π／２の光信号が出力され、光導波路５３６には、位相差−π／２の光信号が出力される。本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に製造マージンを広くすることができるため、作製トレランスを向上させることができる。
【００７０】
尚、上記においては、１×２ＭＭＩカプラ５１０を用いた場合について説明したが、１×２ＭＭＩカプラ５１０に代えてＹ分岐カプラ、２×２ＭＭＩカプラ、２×２方向性結合器を用いた場合においても、同様の９０度ハイブリッドを得ることができる。
【００７１】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様である。
【００７２】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第４の実施の形態における９０度ハイブリッドを有する光受信機である。
【００７３】
図２６に基づき本実施の形態における光受信機について説明する。本実施の形態における光受信機は、第４の実施の形態における９０度ハイブリッドに、バランスド光検出器４２１及び４２２、トランスインピーダンスアンプ４３１及び４３２、ＡＤ変換回路４４１及び４４２、デジタル信号処理回路４５１が接続されたものである。尚、バランスド光検出器４２１及び４２２、トランスインピーダンスアンプ４３１及び４３２、ＡＤ変換回路４４１及び４４２、デジタル信号処理回路４５１は、第３の実施の形態と同様のものである。
【００７４】
本実施の形態における光受信機では、光導波路５３０にＤＱＰＳＫ信号光を入力すると、１×２ＭＭＩカプラ５１０において２つに分岐され光導波路５３１及び５３２を介し、２×４ＭＭＩカプラ５１１に入力する。上述のとおり、２×４ＭＭＩカプラ５１１には、光導波路５３２に対し１ビット遅延した光信号が光導波路５３１より入力されるため、光導波路５３１及び５３２より２×４ＭＭＩカプラ５１１に入力される光信号は、時間的に同期した信号となる。これにより、光導波路５３３、５３４、５３５、５３６には、各々位相差πの光信号、位相差のない光信号、位相差π／２の光信号、位相差−π／２の光信号が出力され、バランスド光検出器４２１及び４２２により検出される。このようにして、ＤＱＰＳＫ変調信号を識別することのできる光受信機を得ることができる。
【００７５】
尚、上記以外の内容については、第３の実施の形態と同様である。
【００７６】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００７７】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
第１の光カプラと、
第２の光カプラと、
前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであることを特徴とする光導波路素子。
（付記２）
前記第１の光導波路における円弧状の曲げ導波路の曲率半径により描かれる円の中心と、前記第２の光導波路における円弧状の曲げ導波路の曲率半径により描かれる円の中心とは、一致していることを特徴とする付記１に記載の光導波路素子。
（付記３）
前記第１の光導波路における曲げ導波路の曲率半径Ｒ１と前記第２の光導波路における曲げ導波路の曲率半径Ｒ２との平均である平均曲率半径Ｒ０は、１００μｍ以上であることを特徴とする付記２に記載の光導波路素子。
（付記４）
前記第１の光導波路は、曲げ導波路と直線導波路とを有していることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記５）
前記第２の光導波路は、曲げ導波路と直線導波路とを有していることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記６）
前記直線導波路と前記曲げ導波路との接続部分において、前記直線導波路の中心と前記曲げ導波路の中心とがずれて形成された段部を有していることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記７）
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路は、ＩｎＰを含む基板上に形成されたＧａＩｎＡｓＰを含むコア層、前記コア層上に形成されたＩｎＰを含むクラッド層により形成されているものであることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記８）
前記第１の光カプラは、１×２光カプラ、２×２光カプラまたは２×４光カプラのうち、いずれかの光カプラであることを特徴とする１から７のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記９）
前記第２の光カプラは、２×２光カプラであることを特徴とする１から８のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記１０）
前記第１の光カプラは、ＭＭＩカプラであることを特徴とする付記８に記載の光導波路素子。
（付記１１）
前記第２の光カプラは、ＭＭＩカプラであることを特徴とする付記８または９に記載の光導波路素子。
（付記１２）
第１の光カプラと、
第２の光カプラと、
前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであって、
前記第１のカプラは２×４の光カプラであって、
前記第２のカプラは２×２の光カプラであって、
前記第１のカプラの入力側に接続された第３の光導波路及び第４の光導波路を有し、
前記第１のカプラの出力側には、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の他、第５の光導波路及び第６の光導波路を有し、
前記第２のカプラの出力側には、第７の光導波路及び第８の光導波路を有していることを特徴とする光ハイブリッド回路。
（付記１３）
前記第１の光導波路の長さと前記第２の光導波路の長さの差は、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路に入力される波長の光の（２ｎ＋１／４）πまたは、（２ｎ＋３／４）πに相当するものであること（ｎは０を含む自然数）を特徴とする付記１２に記載の光ハイブリッド回路。
（付記１４）
前記第１のカプラは２×４の光カプラの出力側において、前記第１の光導波路が前記第２の光導波路よりも内側に設けられている場合には、前記第２の光導波路は前記第１の光導波路に対し、（ｎ＋π／４）長く形成されており、
または、前記第１のカプラは２×４の光カプラの出力側において、前記第２の光導波路が前記第１の光導波路よりも内側に設けられている場合には、前記第２の光導波路は前記第１の光導波路に対し、（ｎ＋３π／４）長く形成されている、
ことを特徴とする付記１３に記載の光ハイブリッド回路。
（付記１５）
前記第３の光導波路または前記第４の光導波路のいずれか一方には、局発光が入力され、他方には、ＱＰＳＫ信号光が入力されるものであって、
前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路からは同相信号が出力され、
前記第７の光導波路及び前記第８の光導波路からは直交位相信号が出力されることを特徴とする付記１２から１４のいずれかに記載の光ハイブリッド回路。
（付記１６）
入力側に第９の光導波路が接続された１×２の光カプラからなる第３の光カプラを有し、
前記第３のカプラの出力側には前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路が接続されており、
前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路のうちいずれか一方は他方に対し、前記第９の光導波路に入力される信号光のビットレートの一周期の相当する分長く形成されていることを特徴とする付記１２から１４のいずれかに記載の光ハイブリッド回路。
（付記１７）
前記第９の光導波路には、ＤＱＰＳＫ信号が入力されるものであって、
前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路からは同相信号が出力され、
前記第７の光導波路及び前記第８の光導波路からは直交位相信号が出力されることを特徴とする付記１６に記載の光ハイブリッド回路。
（付記１８）
第１の光カプラと、
第２の光カプラと、
前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであって、
前記第１のカプラは２×４の光カプラであって、
前記第２のカプラは２×２の光カプラであって、
前記第１のカプラの入力側に接続された第３の光導波路及び第４の光導波路を有し、
前記第１のカプラの出力側には、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の他、第５の光導波路及び第６の光導波路を有し、
前記第２のカプラの出力側には、第７の光導波路及び第８の光導波路を有し、
前記第３の光導波路または前記第４の光導波路のいずれか一方には、局発光が入力され、他方には、ＱＰＳＫ信号光が入力され、
前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路からは同相信号が出力され、
前記第７の光導波路及び前記第８の光導波路からは直交位相信号が出力されるものであって、
前記同相信号及び前記直交位相信号を検出する二つの検出部を有し、
前記検出部に接続されたデジタル信号処理回路を有することを特徴とする光受信機。
（付記１９）
前記検出部は、前記同相信号及び前記直交位相信号を検出するためのバランスド光検出器が設けられていることを特徴とする付記１８に記載の光受信機。
（付記２０）
前記検出部は、前記バランスド光検出器に接続されたトランスインピーダンスアンプと、
前記トランスインピーダンスアンプに接続されたＡＤ変換回路と、
を有し、各々の前記検出部における前記ＡＤ変換回路は、前記デジタル信号処理回路に接続されていることを特徴とする付記１９に記載の光受信機。
【符号の説明】
【００７８】
１１ １×２ＭＭＩカプラ
１２ ２×２ＭＭＩカプラ
２１ 光導波路
２２ 光導波路
２３ 光導波路
２４ 光導波路
２５ 光導波路
Ｒ１ 光導波路２１の曲率半径
Ｒ２ 光導波路２２の曲率半径
Ｒ０ 平均曲率半径（光導波路２１の曲率半径と光導波路２２との曲率半径の平均）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光カプラと、
第２の光カプラと、
前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであることを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
前記第１の光導波路における円弧状の曲げ導波路の曲率半径により描かれる円の中心と、前記第２の光導波路における円弧状の曲げ導波路の曲率半径により描かれる円の中心とは、一致していることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
前記第１の光導波路における曲げ導波路の曲率半径Ｒ１と前記第２の光導波路における曲げ導波路の曲率半径Ｒ２との平均である平均曲率半径Ｒ０は、１００μｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の光導波路素子。
【請求項４】
前記第１の光導波路は、曲げ導波路と直線導波路とを有していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光導波路素子。
【請求項５】
前記第２の光導波路は、曲げ導波路と直線導波路とを有していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光導波路素子。
【請求項６】
前記直線導波路と前記曲げ導波路との接続部分において、前記直線導波路の中心と前記曲げ導波路の中心とがずれて形成された段部を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光導波路素子。
【請求項７】
第１の光カプラと、
第２の光カプラと、
前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであって、
前記第１のカプラは２×４の光カプラであって、
前記第２のカプラは２×２の光カプラであって、
前記第１のカプラの入力側に接続された第３の光導波路及び第４の光導波路を有し、
前記第１のカプラの出力側には、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の他、第５の光導波路及び第６の光導波路を有し、
前記第２のカプラの出力側には、第７の光導波路及び第８の光導波路を有していることを特徴とする光ハイブリッド回路。
【請求項８】
前記第１の光導波路の長さと前記第２の光導波路の長さの差は、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路に入力される波長の光の（２ｎ＋１／４）πまたは、（２ｎ＋３／４）πに相当するものであること（ｎは０を含む自然数）を特徴とする請求項７に記載の光ハイブリッド回路。
【請求項９】
入力側に第９の光導波路が接続された１×２の光カプラからなる第３の光カプラを有し、
前記第３のカプラの出力側には前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路が接続されており、
前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路のうちいずれか一方は他方に対し、前記第９の光導波路に入力される信号光のビットレートの一周期の相当する分長く形成されていることを特徴とする請求項７または８に記載の光ハイブリッド回路。
【請求項１０】
第１の光カプラと、
第２の光カプラと、
前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであって、
前記第１のカプラは２×４の光カプラであって、
前記第２のカプラは２×２の光カプラであって、
前記第１のカプラの入力側に接続された第３の光導波路及び第４の光導波路を有し、
前記第１のカプラの出力側には、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の他、第５の光導波路及び第６の光導波路を有し、
前記第２のカプラの出力側には、第７の光導波路及び第８の光導波路を有し、
前記第３の光導波路または前記第４の光導波路のいずれか一方には、局発光が入力され、他方には、ＱＰＳＫ信号光が入力され、
前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路からは同相信号が出力され、
前記第７の光導波路及び前記第８の光導波路からは直交位相信号が出力されるものであって、
前記同相信号及び前記直交位相信号を検出する二つの検出部を有し、
前記検出部に接続されたデジタル信号処理回路を有することを特徴とする光受信機。
【請求項１】
第１の光カプラと、
第２の光カプラと、
前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであることを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
前記第１の光導波路における円弧状の曲げ導波路の曲率半径により描かれる円の中心と、前記第２の光導波路における円弧状の曲げ導波路の曲率半径により描かれる円の中心とは、一致していることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
前記第１の光導波路における曲げ導波路の曲率半径Ｒ１と前記第２の光導波路における曲げ導波路の曲率半径Ｒ２との平均である平均曲率半径Ｒ０は、１００μｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の光導波路素子。
【請求項４】
前記第１の光導波路は、曲げ導波路と直線導波路とを有していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光導波路素子。
【請求項５】
前記第２の光導波路は、曲げ導波路と直線導波路とを有していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光導波路素子。
【請求項６】
前記直線導波路と前記曲げ導波路との接続部分において、前記直線導波路の中心と前記曲げ導波路の中心とがずれて形成された段部を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光導波路素子。
【請求項７】
第１の光カプラと、
第２の光カプラと、
前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであって、
前記第１のカプラは２×４の光カプラであって、
前記第２のカプラは２×２の光カプラであって、
前記第１のカプラの入力側に接続された第３の光導波路及び第４の光導波路を有し、
前記第１のカプラの出力側には、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の他、第５の光導波路及び第６の光導波路を有し、
前記第２のカプラの出力側には、第７の光導波路及び第８の光導波路を有していることを特徴とする光ハイブリッド回路。
【請求項８】
前記第１の光導波路の長さと前記第２の光導波路の長さの差は、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路に入力される波長の光の（２ｎ＋１／４）πまたは、（２ｎ＋３／４）πに相当するものであること（ｎは０を含む自然数）を特徴とする請求項７に記載の光ハイブリッド回路。
【請求項９】
入力側に第９の光導波路が接続された１×２の光カプラからなる第３の光カプラを有し、
前記第３のカプラの出力側には前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路が接続されており、
前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路のうちいずれか一方は他方に対し、前記第９の光導波路に入力される信号光のビットレートの一周期の相当する分長く形成されていることを特徴とする請求項７または８に記載の光ハイブリッド回路。
【請求項１０】
第１の光カプラと、
第２の光カプラと、
前記第１の光カプラの出力側と前記第２の光カプラの入力側とを接続する第１の光導波路及び第２の光導波路と、を有し、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、ともに円弧状の曲げ導波路を有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とは光路長が異なるものであって、
前記第１のカプラは２×４の光カプラであって、
前記第２のカプラは２×２の光カプラであって、
前記第１のカプラの入力側に接続された第３の光導波路及び第４の光導波路を有し、
前記第１のカプラの出力側には、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の他、第５の光導波路及び第６の光導波路を有し、
前記第２のカプラの出力側には、第７の光導波路及び第８の光導波路を有し、
前記第３の光導波路または前記第４の光導波路のいずれか一方には、局発光が入力され、他方には、ＱＰＳＫ信号光が入力され、
前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路からは同相信号が出力され、
前記第７の光導波路及び前記第８の光導波路からは直交位相信号が出力されるものであって、
前記同相信号及び前記直交位相信号を検出する二つの検出部を有し、
前記検出部に接続されたデジタル信号処理回路を有することを特徴とする光受信機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１２−１３８８６（Ｐ２０１２−１３８８６Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４９４３６（Ｐ２０１０−１４９４３６）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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