９０度光ハイブリッド干渉計及び９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法
【課題】
ＯＩＦ標準の出力ポート配置を実現しつつ、デバイスのコンパクト化が可能な光回路構成を有する、９０度光ハイブリッド干渉計を提供する。
【解決手段】
ＴＥ光信号側およびＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、Ｉ相側とＱ相側のいずれか一方の、信号光導波路アームと局部発振光導波路アームとの対に、光路長差を設けた構造として、Ｉ相側信号とＱ相側の信号との間に相間位相差を与え、Ｉ相側の結合器とＱ相側の結合器がそれぞれ有する出力干渉特性同士の位相差と、相間位相差とを合計した、出力位相差をπ／２とすることにより、８つの出力ポートの出力信号を、上からＴＥ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎ、およびＴＭ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎの順に配列する。
ＯＩＦ標準の出力ポート配置を実現しつつ、デバイスのコンパクト化が可能な光回路構成を有する、９０度光ハイブリッド干渉計を提供する。
【解決手段】
ＴＥ光信号側およびＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、Ｉ相側とＱ相側のいずれか一方の、信号光導波路アームと局部発振光導波路アームとの対に、光路長差を設けた構造として、Ｉ相側信号とＱ相側の信号との間に相間位相差を与え、Ｉ相側の結合器とＱ相側の結合器がそれぞれ有する出力干渉特性同士の位相差と、相間位相差とを合計した、出力位相差をπ／２とすることにより、８つの出力ポートの出力信号を、上からＴＥ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎ、およびＴＭ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎの順に配列する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は９０度光ハイブリッド干渉計に関し、特に光導波路技術を用いた平面光波回路で構成した９０度光ハイブリッド干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１００Ｇｂｉｔ／秒を超える超高速通信において、波長利用効率、受信特性、分散補償能力に優れる偏波直交多重多値デジタル信号変調方式（ＤＰ−ＱＰＳＫ： Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）による通信技術が注目されている。ＤＰ−ＱＰＳＫ方式における受信器（レシーバ）には、光信号を偏波分離する機能と、偏波分離した光信号から位相情報を取り出すための９０度光ハイブリッド機能が必要とされる。この位相情報は、互いにπの位相差を有するＩｐとＩｎ、並びにＩｐとＩｎに対してそれぞれπ／２の位相遅延を有する ＱｐとＱｎとからなる、Ｉ−Ｑ平面上の４値の位相情報である。
【０００３】
このような機能を有するレシーバは、高速データ通信を推進する業界団体であるＯＩＦ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｆｏｒｕｍ）で標準化が進められている。例えば８つの出力信号を出力するポートの配列順などはＯＩＦにてその仕様が取り決められており、レシーバの開発はこれらのＯＩＦの仕様に則って行われている。
【０００４】
ところで、このようなＤＰ−ＱＰＳＫ方式のレシーバの機能を実現するデバイスには、光導波路技術を用いた平面光波回路が有力とされている。光導波路技術は、半導体集積回路製造プロセスと同様の微細加工技術により、基板上に多様な形状の光導波路を形成するもので、集積化や量産に適したものである。
【０００５】
このような光波回路によるＤＰ−ＱＰＳＫ方式のレシーバは、近年開発が進められており、例えば非特許文献１には図６に示す光波回路構造が記載されている。図６の光波回路は、上述した偏波分離機能と９０度光ハイブリッド機能とを平面光回路内に集積したものであり、このうち９０度光ハイブリッド機能を担っている部分の平面光回路の構成を模式図として図７に示す。
【０００６】
この光回路においてＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）光信号およびＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）光信号について９０度光ハイブリッド機能は、それぞれ４つのアームが干渉計を構成する。そして、当該４本のアームの内、特定のアームを他のアームより光導波路内を伝播する信号光波長の１／４に相当する分だけ長くすることにより光路長差を付与して実現される。非特許文献１に記載の９０度光ハイブリッド干渉計では、アーム３３とアーム３５の２つが、それぞれ他のアームより光路長差分だけ長い。このように光路長差を付与すると、出力される干渉信号は図８に示すように、ＴＥ光信号およびＴＭ光信号について、それぞれπ／２の位相差を有する４つの光信号として出力される。図８において横軸はＴＥ信号光と局発光の位相差を表しており、ＩｎＴＥとＱｎＴＥ、並びにＩｐＴＥとＱｐＴＥは、共にπ／２の位相差を持って出力される。またＩｎＴＥとＩｐＴＥ、並びにＱｎＴＥとＱｐＴＥは、共にπの位相差を持って出力される。同様に、ＩｎＴＭとＱｎＴＭ、並びにＩｐＴＭとＱｐＴＭは、共にπ／２の位相差を持って出力される。またＩｎＴＭとＩｐＴＭ、並びにＱｎＴＭとＱｐＴＭは、共にπの位相差を持って出力される。なお、図７におけるこれらの出力信号が出力されるポートの配列は、ＯＩＦで取り決められた仕様に従ったものになっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】橋本俊和、他７名、「平面光波回路を用いた偏波多重光ハイブリッドモジュール」、２００９年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会エレクトロニクス講演論文集１、２００９年９月１５日、ｐ．１９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、出力ポートを上記のＯＩＦ標準に則って配置する場合、図７のような光回路構成では、２分岐した局部発振光を伝播する光導波路のうち一方が、信号光を伝播する光導波路と交差するポイントが生じる。この交差部においては、クロストーク、すなわち本来導波してはならない導波路側に光が結合してしまう現象の防止はもちろん、過剰損の発生を回避するために、交差角度をできるだけ直角に近づけた設計としなければならい。また、９０度光ハイブリッド干渉計では、スキュー特性を満足させるため入力から出力までの各光パスにおいて光路長が同一であることが望ましい。すなわち、このような構成においては交差角度と光路長の制約を受けることになり、交差部数が多いほど光導波路のレイアウトが冗長化・複雑化するため、ＯＩＦ標準の出力ポート配置を実現するための設計自由度を損なうだけでなく、チップサイズも大きくなる。
【０００９】
本発明の目的は、上記の問題点を解決し、ＯＩＦ標準の出力ポート配置を実現しつつ、光導波路アームの交差部分を削減した光回路構成の、９０度光ハイブリッド干渉計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の９０度光ハイブリッド干渉計は、偏波分離したＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（ＴＥ）光信号およびＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ（ＴＥ）光信号から、それぞれ、互いにπの位相差を有する位相情報ＩｐとＩｎ、並びに前記Ｉｐと前記Ｉｎに対してそれぞれπ／２の位相遅延を有する位相情報ＱｐとＱｎとからなる、Ｉ−Ｑ平面上の４値の位相情報を取り出すための９０度光ハイブリッド干渉計であって、前記偏波分離したＴＥ光信号およびＴＭ光信号をそれぞれ入力する２つの信号光入力ポートと、前記２つの信号光入力ポートの間に配置された、局部発振光を入力する局部発振光入力ポートと、前記信号光入力ポートから入力され、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐された、前記ＴＥ光信号およびＴＭ光信号を伝播する信号光導波路アームと、前記局部発振光入力ポートから入力され、前記ＴＥ光信号側と前記ＴＭ光信号側とに２分岐された後、さらにそれぞれ２つに分岐された前記局部発振光を伝播する局部発振光導波路アームと、前記ＴＥ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＥ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する４つの光結合器と、前記ＴＭ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＭ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する２つの光結合器と、前記ＴＥ光信号側およびＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、２つの前記光結合器から出力される、対をなす信号光と局部発振光との位相差による４つの干渉信号を、それぞれ前記位相情報Ｉｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎとして取り出す４つの出力ポートと、を有し、前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側のいずれか一方の、前記信号光導波路アームと前記局部発振光導波路アームとの対に、光路長差を設けることにより、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側の出力干渉信号ＩｐとＱｐ、並びにＩｎとＱｎとの間にそれぞれ前記光路長差に対応する遅延位相差を与え、前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側の光結合器と前記Ｑ相側の光結合器とがそれぞれ有する出力干渉特性同士の位相差と、前記遅延位相差とを、両者の合計で生じる、出力干渉信号Ｉｐに対するＱｐの出力位相差、並びに出力干渉信号Ｉｎに対するＱｎの出力位相差が、共に＋π／２となるように設定することにより、８つの前記出力ポートの出力信号を、上から前記ＴＥ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎ、および前記ＴＭ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎの順に配列したことを特徴としている。
【００１１】
また本発明の９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法は、偏波分離したＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（ＴＥ）光信号およびＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ（ＴＥ）光信号から、それぞれ、互いにπの位相差を有する位相情報ＩｐとＩｎ、並びに前記Ｉｐと前記Ｉｎに対してそれぞれπ／２の位相遅延を有する位相情報ＱｐとＱｎとからなる、Ｉ−Ｑ平面上の４値の位相情報を取り出すための９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法であって、前記偏波分離したＴＥ光信号およびＴＭ光信号をそれぞれ入力する２つの信号光入力ポートと、前記２つの信号光入力ポートの間に配置された、局部発振光を入力する局部発振光入力ポートと、前記信号光入力ポートから入力され、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐された、前記ＴＥ光信号およびＴＭ光信号を伝播する信号光導波路アームと、前記局部発振光入力ポートから入力され、前記ＴＥ光信号側と前記ＴＭ光信号側とに２分岐された後、さらにそれぞれ２つに分岐された前記局部発振光を伝播する局部発振光導波路アームと、前記ＴＥ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＥ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する４つの光結合器と、前記ＴＭ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＭ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する２つの光結合器と、前記ＴＥ光信号側およびＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、２つの前記光結合器から出力される、対をなす信号光と局部発振光との位相差による４つの干渉信号を、それぞれ前記位相情報Ｉｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎとして取り出す４つの出力ポートと、を構成し、前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側のいずれか一方の、前記信号光導波路アームと前記局部発振光導波路アームとの対に、光路長差を設けることにより、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側の出力干渉信号ＩｐとＱｐ、並びにＩｎとＱｎとの間にそれぞれ前記光路長差に対応する遅延位相差を与え、前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側の光結合器と前記Ｑ相側の光結合器とがそれぞれ有する出力干渉特性同士の位相差と、前記遅延位相差とを、両者の合計で生じる、出力干渉信号Ｉｐに対するＱｐの出力位相差、並びに出力干渉信号Ｉｎに対するＱｎの出力位相差が、共に＋π／２となるように設定することにより、８つの前記出力ポートの出力信号を、上から前記ＴＥ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎ、および前記ＴＭ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎの順に配列することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＯＩＦ標準の出力ポート配置を実現しつつ、光導波路アームの交差部分を削減した光回路構成の、９０度光ハイブリッド干渉計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図３】光回路や光結合器の構成の違いによる、９０度光ハイブリッド干渉計の出力干渉信号特性のパターンの比較を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図６】光信号を偏波分離する機能と、偏波分離した光信号から位相情報を取り出すための９０度光ハイブリッド機能からなる、一般的なＤＰ−ＱＰＳＫ方式の受信器の構成例を示す模式図である。
【図７】一般的なＤＰ−ＱＰＳＫ方式の受信器に用いられる、９０度光ハイブリッド干渉計の構成の例を示す模式図である。
【図８】一般的な、９０度光ハイブリッド干渉計のＴＥ信号側の出力干渉信号特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態の９０度光ハイブリッド干渉計の光導波路構成を示す模式図である。図１において１、２は偏波分離したＴＥおよびＴＭ光信号をそれぞれ入力する信号光入力ポートである。３〜６は、それぞれ２つに分岐したＴＥおよびＴＭ光信号を伝播する信号光導波路アームである。７は局部発振光を入力する局部発振光入力ポートで、信号光入力ポート１、２の間に配置されている。８〜１１は、ＴＥ光信号側とＴＭ光信号側とに２分岐した後、さらにそれぞれ２つに分岐した局部発振光を伝播する局部発振光導波路アームである。１２〜１５は信号光導波路アーム３〜６と局部発振光導波路アーム８〜１１とをそれぞれ一対ずつ結合する光結合器である。１６〜２３は各光結合器から出力される、信号光と局部発振光との位相差による干渉信号を、Ｉ−Ｑ平面上の４値の位相情報Ｉｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎとして取り出す出力ポートである。出力ポート１６〜２３より出力する干渉信号の配列は、上からＩｐＴＥ、ＩｎＴＥ、ＱｐＴＥ、ＱｎＴＥ、ＩｐＴＭ、ＩｎＴＭ、ＱｐＴＭ、ＱｎＴＭ、の順で並んでいる。
【００１５】
ＴＥ光信号側およびＴＭ光信号側のそれぞれにおいては、Ｉ相側とＱ相側のいずれか一方の、信号光導波路アームと局部発振光導波路アームとの対が、光路長差を有した構造としている。すなわちＩ相側では３と８または４と９とのいずれか、Ｑ相側では５と１０または６と１１とのいずれかのアーム対に、光路長差が設けられている。この光路長差は、対を構成するアームの一方の長さを光路長差分長くすることによって付与し、これによって当該光路長差分長くしたアーム内を伝播する光波は、その他のアーム内を伝播する光波よりも、各光結合器に入力する時点で位相遅延が生じる。その結果、各光結合器から出力する干渉信号に関しては、ＴＥ光信号側においては、ＩｐＴＥとＱｐＴＥ、並びにＩｎＴＥとＱｎＴＥは、共に上記の光路長差に対応する位相差を持った関係となる。同様にＴＭ光信号側においても、ＩｐＴＭとＱｐＴＭ、並びにＩｎＴＭとＱｎＴＭは、やはり共に上記の光路長差に対応する位相差を持つ。
【００１６】
一方、光結合器はその構造によって出力干渉特性が異なり、同じ位相で入力された光信号でも各光結合器の出力干渉特性同士の差によって、出力する干渉信号に位相差が生じる。ここでは光結合器１２と１３との出力干渉特性の差によって生じる位相差分と、上記の光路長差に対応する位相差との合計で生じる、ＩｐＴＥに対するＱｐＴＥの位相差、並びにＩｎＴＥに対するＱｎＴＥの位相差を、共に＋π／２となるように設定している。同様に、光結合器１４と１５との出力干渉特性の差によって生じる位相差分と、上記の光路長差に対応する位相差とを合計した、ＩｐＴＭに対するＱｐＴＭの位相差、並びにＩｎＴＭに対するＱｎＴＭの位相差を、共に＋π／２となるように設定している。
【００１７】
図１では、局部発振光導波路アーム８と９との間に、伝播する局部発振光のπ／２の位相差に相当する光路長差を設けている。すなわち、アーム９はアーム８に比べて光導波路内を伝播する局部発振光の波長の１／４の長さだけ長くしている。同様に局部発振光導波路アーム１０と１１との間も、伝播する局部発振光のπ／２の位相差に相当する光路長差を設けている。すなわち、アーム１１はアーム１０に比べて光導波路内を伝播する局部発振光の波長の１／４の長さだけ長くしている。これによってＩ相側とＱ相側とに分岐した光信号の間にはそれぞれπ／２の位相差が生じる。また光結合器１２〜１５は、それぞれが有する出力干渉特性がすべて同一のものを用いている。したがって各光結合器の出力干渉特性同士の位相差はゼロである。
【００１８】
上記の光導波路回路構成とすることにより、ＩｎＴＥとＱｎＴＥ、並びにＩｐＴＥとＱｐＴＥは、共にπ／２の位相差を持って出力される。またＩｎＴＥとＩｐＴＥ、並びにＱｎＴＥとＱｐＴＥは、共にπの位相差を持って出力される。同様に、ＩｎＴＭとＱｎＴＭ、並びにＩｐＴＭとＱｐＴＭは、共にπ／２の位相差を持って出力される。またＩｎＴＭとＩｐＴＭ、並びにＱｎＴＭとＱｐＴＭは、共にπの位相差を持って出力される。このように、出力ポート１６〜２３からの出力干渉信号特性の関係は、ＯＩＦ標準の出力ポート配置と一致する。
【００１９】
以上のように、本実施の形態によって、光導波路アームの交差部を削減した光回路レイアウトで、ＯＩＦ標準どおりの出力ポート配置を実現することができる。
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態の９０度光ハイブリッド干渉計の光導波路構成を示す模式図である。図２において、図１と対応する部分は同じ符号が記してある。
【００２０】
第２の実施の形態は、光結合器としていずれもマッハツェンダー干渉計２４〜２７を用いたものである。また局部発振光にπ／２の位相差を与える光路長を付加する局部発振光導波路アームはアーム９とアーム１１とし、マッハツェンダー干渉計２４〜２７はすべて図中の上側の光導波路部分が長い形状となっている。したがって各マッハツェンダー干渉計の出力干渉特性自体はすべて等しく、出力干渉特性同士の位相差はゼロである。なお信号光導波路アーム３、４、５、６はいずれも干渉計を構成する部分（分岐部から光結合器に達するまで）の長さが等しい。以上のように９０度光ハイブリッド干渉計の光回路を構成することにより、その出力干渉特性はＯＩＦ標準にしたがった出力ポート配置とすることができる。
【００２１】
また光結合器としてのマッハツェンダー干渉計２４〜２７はいずれも同じ側の光導波路部分が長い形状としているため、加工精度の問題等により光結合強度が設計値からずれを生じたとしても、特性に与える影響を抑えることができる。なぜなら加工を行う上で、同一の要因で上記ずれが生じたのであれば、そのずれは少なくとも同じデバイス内であれば、いずれも同じ方向に同じ量で生じると考えられ、出力干渉特性における位相差のずれは相対的にはキャンセルされるからである。
【００２２】
以上の構成の光導波回路は、半導体集積回路製造プロセスと同様の微細加工技術により製造することができる。例えばシリコン基板上に積層した屈折率の異なるシリコン酸化膜を、フォトリソグラフィー法を用いて導波路コアやクラッドとしてパターニングすることにより、所定の形状の光導波路を形成できる。図２の構成の光導波回路においては、光導波路アーム３、４、５、６、８、１０の長さは、それぞれ分岐部分から光結合器に接続する部分までの長さとして、例えば３ｍｍとする。光導波路アーム９、１１は、例えば信号光の中心波長λが１．５５μｍの場合、他の光導波路アームの長さにλ／４ｎの値として０．２６５μｍを追加する。ここでｎは光導波路の等価屈折率である。またマッハツェンダー干渉計２４〜２７の幅および光路長差はそれぞれ、例えば７８０μｍおよび０．２６５μｍとする。
【００２３】
なお、図２におけるマッハツェンダー干渉計２４〜２７は、図２の形状とは逆に、すべて図中の下側の光導波路部分が長い形状とした構成にしても、各マッハツェンダー干渉計の出力干渉特性自体に差はないため、やはり上述の場合と同様な好適な効果が得られる。
【００２４】
また、上記の光導波路構成で、光結合器として方向性結合器やマルチモード干渉計などの対称性の光結合器を用いることによっても、やはりＯＩＦ標準どおりの出力ポート配置を実現することができる。ただしこれらの９０度光ハイブリッド干渉計の各出力干渉信号特性は、それぞれの相対的な位相差関係は一定であるが、光回路や光結合器の構成によって全体の位相自体は異なってくる。
【００２５】
図３（ａ）〜（ｅ）は、光回路や光結合器の構成が異なる９０度光ハイブリッド干渉計の出力ポートからの出力干渉信号特性の位相パターンの比較を示す。これらの図においては、いずれも横軸Δφはマッハツェンダー干渉計に入力される際の信号光と局部発振光との位相差、縦軸は出力強度（ａ．ｕ．）である。またこれらの図は、比較の便宜のため、いずれもＩｐおよびＱｐ信号についてのみ表示し、ＩｐおよびＱｐ信号がそれぞれ反転した特性を有するＩｎ及びＱｎ信号に関しては表示を省略した。
【００２６】
図２に示す構成の場合、出力干渉特性は図３（ａ）のようになり、ＴＥ側とＴＭ側とで出力強度の位相自体が同一となる。また図２におけるマッハツェンダー干渉計２４〜２７の形状を反転し、すべて図中の下側の光導波路部分が長い形状とした構成にした場合は、出力干渉特性は図３（ｂ）のようになり、やはりＴＥ側とＴＭ側とで出力強度の位相自体は同一である。
【００２７】
一方、図２におけるマッハツェンダー干渉計２４〜２７を、方向性結合器やマルチモード干渉計などの対称性の光結合器に置き換えた場合には、出力干渉特性は図３（ｃ）のようになり、ＴＥ側とＴＭ側とで出力強度の位相同士は一致していない。
【００２８】
以上のように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様にＯＩＦ標準どおりの出力ポート配置を実現しつつ、光導波路アームの交差部を削減できる。そして光結合器としてマッハツェンダー干渉計を用い、そのすべてを同じ側の光導波路部分を長くした構成とすることにより、光結合強度のばらつきの影響を抑制できる。さらにまた、ＴＥ側とＴＭ側とで出力干渉特性の位相自体を一致させたい場合には特に好適である。
（第３の実施の形態）
図４は本発明の第３の実施の形態の９０度光ハイブリッド干渉計の光導波路構成を示す模式図である。第３の実施の形態は第２の実施の形態と基本的な構成は同様であるが、第３の実施の形態では、局部発振光にπ／２の位相差を与える光路長を付加する局部発振光導波路アームはアーム８とアーム１１としている。また光結合器としてマッハツェンダー干渉計２４〜２７を用い、このうちマッハツェンダー干渉計２５だけが図中の下側の光導波路部分が長く、それ以外のものはすべて図中の上側の光導波路部分が長い形状となっている。これにより、マッハツェンダー干渉計２５の光結合記としての出力干渉特性は、他のマッハツェンダー干渉計に対して反転した状態、すなわちπの位相差を有する状態となる。したがって、マッハツェンダー干渉計の出力干渉特性の差によって生じる位相差分として、マッハツェンダー干渉計２４、２６、２７についてはゼロ、マッハツェンダー干渉計２５についてはπの値を設定する。そしてこれらの値と、アームの位相遅延に対応する位相差との合計で生じる、各出力干渉信号同士の位相差は、ＩｐＴＥとＱｐＴＥ、ＩｎＴＥとＱｎＴＥ、ＩｐＴＭとＱｐＴＭ、ＩｎＴＭとＱｎＴＭ、のいずれもが＋π／２となる。
【００２９】
以上のように９０度光ハイブリッド干渉計の光回路を構成することにより、その出力干渉特性はＯＩＦ標準にしたがった出力ポート配置とすることができる。なおこの光回路構成では、局部発振光導波路アームの光路長および信号光アームと交差する位置がＴＥ側とＴＭ側とで対称となっている。このため、アームの交差部分による光路長の変動等、設計パラメータ補正の必要が生じた場合において、双方で同様な補正を行えばよく、解析や設計の手間を大幅に省くことができる。
【００３０】
上述の効果は、図４におけるマッハツェンダー干渉計２４〜２７を、それぞれ光導波路を長くする側をすべて反転させた形状のものに置き換えても、同様に得ることができる。
【００３１】
なお、図４に示す構成の場合、９０度光ハイブリッド干渉計の出力ポートからの出力干渉特性は図３（ｄ）のようになる。
【００３２】
以上のように、第３の実施の形態では、第１、第２の実施の形態と同様にＯＩＦ標準どおりの出力ポート配置を実現しつつ、光導波路アームの交差部を削減できる。そして局部発振光導波路アーム構造がＴＥ側とＴＭ側とで対照となっていることから、設計パラメータ補正の必要が生じた場合にも、解析や設計の手間を大幅に省くことができる。
（第４の実施の形態）
図５は本発明の第４の実施の形態の９０度光ハイブリッド干渉計の光導波路構成を示す模式図である。第４の実施の形態は、第３の実施の形態の変形例であり、局部発振光にπ／２の位相差を与える光路長を付加する局部発振光導波路アームはアーム９とアーム１０としている。また光結合器としてマッハツェンダー干渉計２４〜２７を用い、このうちマッハツェンダー干渉計２７だけが図中の下側の光導波路が長く、それ以外のものはすべて図中の上側の光導波路が長い形状となっている。以上のように９０度光ハイブリッド干渉計の光回路を構成することにより、その出力干渉特性はＯＩＦ標準にしたがった出力ポート配置とすることができる。なおこの光回路構成では、第３の実施の形態と同様、局部発振光導波路アームの光路長および信号光アームと交差する位置がＴＥ側とＴＭ側とで対称となっている。このため、やはりアームの交差部分による光路長の変動等、設計パラメータ補正の必要が生じた場合において、双方で同様な補正を行えばよく、解析や設計の手間を大幅に省くことができる。
【００３３】
上述の効果は、図５におけるマッハツェンダー干渉計２４〜２７を、それぞれ光導波路を長くする側をすべて反転させた形状のものに置き換えても、同様に得ることができる。
【００３４】
なお、図５に示す構成の場合、９０度光ハイブリッド干渉計の出力ポートからの出力干渉特性は図３（ｅ）のようになる。
【００３５】
以上のように、第４の実施の形態では、第１〜３の実施の形態と同様にＯＩＦ標準どおりの出力ポート配置を実現しつつ、光導波路アームの交差部を削減できる。そして局部発振光導波路アーム構造がＴＥ側とＴＭ側とで対称となっていることから、設計パラメータ補正の必要が生じた場合にも、解析や設計の手間を大幅に省くことができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ ＴＥ信号光入力ポート
２ ＴＭ信号光入力ポート
３〜６ 信号光導波路アーム
７ 局部発振光入力ポート
８〜１１ 局部発振光導波路アーム
１２〜１５ 光結合器
１６〜２３ 出力ポート
２４〜２７ マッハツェンダー干渉計
【技術分野】
【０００１】
本発明は９０度光ハイブリッド干渉計に関し、特に光導波路技術を用いた平面光波回路で構成した９０度光ハイブリッド干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１００Ｇｂｉｔ／秒を超える超高速通信において、波長利用効率、受信特性、分散補償能力に優れる偏波直交多重多値デジタル信号変調方式（ＤＰ−ＱＰＳＫ： Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）による通信技術が注目されている。ＤＰ−ＱＰＳＫ方式における受信器（レシーバ）には、光信号を偏波分離する機能と、偏波分離した光信号から位相情報を取り出すための９０度光ハイブリッド機能が必要とされる。この位相情報は、互いにπの位相差を有するＩｐとＩｎ、並びにＩｐとＩｎに対してそれぞれπ／２の位相遅延を有する ＱｐとＱｎとからなる、Ｉ−Ｑ平面上の４値の位相情報である。
【０００３】
このような機能を有するレシーバは、高速データ通信を推進する業界団体であるＯＩＦ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｆｏｒｕｍ）で標準化が進められている。例えば８つの出力信号を出力するポートの配列順などはＯＩＦにてその仕様が取り決められており、レシーバの開発はこれらのＯＩＦの仕様に則って行われている。
【０００４】
ところで、このようなＤＰ−ＱＰＳＫ方式のレシーバの機能を実現するデバイスには、光導波路技術を用いた平面光波回路が有力とされている。光導波路技術は、半導体集積回路製造プロセスと同様の微細加工技術により、基板上に多様な形状の光導波路を形成するもので、集積化や量産に適したものである。
【０００５】
このような光波回路によるＤＰ−ＱＰＳＫ方式のレシーバは、近年開発が進められており、例えば非特許文献１には図６に示す光波回路構造が記載されている。図６の光波回路は、上述した偏波分離機能と９０度光ハイブリッド機能とを平面光回路内に集積したものであり、このうち９０度光ハイブリッド機能を担っている部分の平面光回路の構成を模式図として図７に示す。
【０００６】
この光回路においてＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）光信号およびＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）光信号について９０度光ハイブリッド機能は、それぞれ４つのアームが干渉計を構成する。そして、当該４本のアームの内、特定のアームを他のアームより光導波路内を伝播する信号光波長の１／４に相当する分だけ長くすることにより光路長差を付与して実現される。非特許文献１に記載の９０度光ハイブリッド干渉計では、アーム３３とアーム３５の２つが、それぞれ他のアームより光路長差分だけ長い。このように光路長差を付与すると、出力される干渉信号は図８に示すように、ＴＥ光信号およびＴＭ光信号について、それぞれπ／２の位相差を有する４つの光信号として出力される。図８において横軸はＴＥ信号光と局発光の位相差を表しており、ＩｎＴＥとＱｎＴＥ、並びにＩｐＴＥとＱｐＴＥは、共にπ／２の位相差を持って出力される。またＩｎＴＥとＩｐＴＥ、並びにＱｎＴＥとＱｐＴＥは、共にπの位相差を持って出力される。同様に、ＩｎＴＭとＱｎＴＭ、並びにＩｐＴＭとＱｐＴＭは、共にπ／２の位相差を持って出力される。またＩｎＴＭとＩｐＴＭ、並びにＱｎＴＭとＱｐＴＭは、共にπの位相差を持って出力される。なお、図７におけるこれらの出力信号が出力されるポートの配列は、ＯＩＦで取り決められた仕様に従ったものになっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】橋本俊和、他７名、「平面光波回路を用いた偏波多重光ハイブリッドモジュール」、２００９年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会エレクトロニクス講演論文集１、２００９年９月１５日、ｐ．１９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、出力ポートを上記のＯＩＦ標準に則って配置する場合、図７のような光回路構成では、２分岐した局部発振光を伝播する光導波路のうち一方が、信号光を伝播する光導波路と交差するポイントが生じる。この交差部においては、クロストーク、すなわち本来導波してはならない導波路側に光が結合してしまう現象の防止はもちろん、過剰損の発生を回避するために、交差角度をできるだけ直角に近づけた設計としなければならい。また、９０度光ハイブリッド干渉計では、スキュー特性を満足させるため入力から出力までの各光パスにおいて光路長が同一であることが望ましい。すなわち、このような構成においては交差角度と光路長の制約を受けることになり、交差部数が多いほど光導波路のレイアウトが冗長化・複雑化するため、ＯＩＦ標準の出力ポート配置を実現するための設計自由度を損なうだけでなく、チップサイズも大きくなる。
【０００９】
本発明の目的は、上記の問題点を解決し、ＯＩＦ標準の出力ポート配置を実現しつつ、光導波路アームの交差部分を削減した光回路構成の、９０度光ハイブリッド干渉計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の９０度光ハイブリッド干渉計は、偏波分離したＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（ＴＥ）光信号およびＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ（ＴＥ）光信号から、それぞれ、互いにπの位相差を有する位相情報ＩｐとＩｎ、並びに前記Ｉｐと前記Ｉｎに対してそれぞれπ／２の位相遅延を有する位相情報ＱｐとＱｎとからなる、Ｉ−Ｑ平面上の４値の位相情報を取り出すための９０度光ハイブリッド干渉計であって、前記偏波分離したＴＥ光信号およびＴＭ光信号をそれぞれ入力する２つの信号光入力ポートと、前記２つの信号光入力ポートの間に配置された、局部発振光を入力する局部発振光入力ポートと、前記信号光入力ポートから入力され、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐された、前記ＴＥ光信号およびＴＭ光信号を伝播する信号光導波路アームと、前記局部発振光入力ポートから入力され、前記ＴＥ光信号側と前記ＴＭ光信号側とに２分岐された後、さらにそれぞれ２つに分岐された前記局部発振光を伝播する局部発振光導波路アームと、前記ＴＥ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＥ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する４つの光結合器と、前記ＴＭ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＭ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する２つの光結合器と、前記ＴＥ光信号側およびＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、２つの前記光結合器から出力される、対をなす信号光と局部発振光との位相差による４つの干渉信号を、それぞれ前記位相情報Ｉｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎとして取り出す４つの出力ポートと、を有し、前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側のいずれか一方の、前記信号光導波路アームと前記局部発振光導波路アームとの対に、光路長差を設けることにより、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側の出力干渉信号ＩｐとＱｐ、並びにＩｎとＱｎとの間にそれぞれ前記光路長差に対応する遅延位相差を与え、前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側の光結合器と前記Ｑ相側の光結合器とがそれぞれ有する出力干渉特性同士の位相差と、前記遅延位相差とを、両者の合計で生じる、出力干渉信号Ｉｐに対するＱｐの出力位相差、並びに出力干渉信号Ｉｎに対するＱｎの出力位相差が、共に＋π／２となるように設定することにより、８つの前記出力ポートの出力信号を、上から前記ＴＥ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎ、および前記ＴＭ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎの順に配列したことを特徴としている。
【００１１】
また本発明の９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法は、偏波分離したＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（ＴＥ）光信号およびＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ（ＴＥ）光信号から、それぞれ、互いにπの位相差を有する位相情報ＩｐとＩｎ、並びに前記Ｉｐと前記Ｉｎに対してそれぞれπ／２の位相遅延を有する位相情報ＱｐとＱｎとからなる、Ｉ−Ｑ平面上の４値の位相情報を取り出すための９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法であって、前記偏波分離したＴＥ光信号およびＴＭ光信号をそれぞれ入力する２つの信号光入力ポートと、前記２つの信号光入力ポートの間に配置された、局部発振光を入力する局部発振光入力ポートと、前記信号光入力ポートから入力され、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐された、前記ＴＥ光信号およびＴＭ光信号を伝播する信号光導波路アームと、前記局部発振光入力ポートから入力され、前記ＴＥ光信号側と前記ＴＭ光信号側とに２分岐された後、さらにそれぞれ２つに分岐された前記局部発振光を伝播する局部発振光導波路アームと、前記ＴＥ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＥ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する４つの光結合器と、前記ＴＭ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＭ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する２つの光結合器と、前記ＴＥ光信号側およびＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、２つの前記光結合器から出力される、対をなす信号光と局部発振光との位相差による４つの干渉信号を、それぞれ前記位相情報Ｉｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎとして取り出す４つの出力ポートと、を構成し、前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側のいずれか一方の、前記信号光導波路アームと前記局部発振光導波路アームとの対に、光路長差を設けることにより、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側の出力干渉信号ＩｐとＱｐ、並びにＩｎとＱｎとの間にそれぞれ前記光路長差に対応する遅延位相差を与え、前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側の光結合器と前記Ｑ相側の光結合器とがそれぞれ有する出力干渉特性同士の位相差と、前記遅延位相差とを、両者の合計で生じる、出力干渉信号Ｉｐに対するＱｐの出力位相差、並びに出力干渉信号Ｉｎに対するＱｎの出力位相差が、共に＋π／２となるように設定することにより、８つの前記出力ポートの出力信号を、上から前記ＴＥ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎ、および前記ＴＭ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎの順に配列することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＯＩＦ標準の出力ポート配置を実現しつつ、光導波路アームの交差部分を削減した光回路構成の、９０度光ハイブリッド干渉計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図３】光回路や光結合器の構成の違いによる、９０度光ハイブリッド干渉計の出力干渉信号特性のパターンの比較を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図６】光信号を偏波分離する機能と、偏波分離した光信号から位相情報を取り出すための９０度光ハイブリッド機能からなる、一般的なＤＰ−ＱＰＳＫ方式の受信器の構成例を示す模式図である。
【図７】一般的なＤＰ−ＱＰＳＫ方式の受信器に用いられる、９０度光ハイブリッド干渉計の構成の例を示す模式図である。
【図８】一般的な、９０度光ハイブリッド干渉計のＴＥ信号側の出力干渉信号特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態の９０度光ハイブリッド干渉計の光導波路構成を示す模式図である。図１において１、２は偏波分離したＴＥおよびＴＭ光信号をそれぞれ入力する信号光入力ポートである。３〜６は、それぞれ２つに分岐したＴＥおよびＴＭ光信号を伝播する信号光導波路アームである。７は局部発振光を入力する局部発振光入力ポートで、信号光入力ポート１、２の間に配置されている。８〜１１は、ＴＥ光信号側とＴＭ光信号側とに２分岐した後、さらにそれぞれ２つに分岐した局部発振光を伝播する局部発振光導波路アームである。１２〜１５は信号光導波路アーム３〜６と局部発振光導波路アーム８〜１１とをそれぞれ一対ずつ結合する光結合器である。１６〜２３は各光結合器から出力される、信号光と局部発振光との位相差による干渉信号を、Ｉ−Ｑ平面上の４値の位相情報Ｉｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎとして取り出す出力ポートである。出力ポート１６〜２３より出力する干渉信号の配列は、上からＩｐＴＥ、ＩｎＴＥ、ＱｐＴＥ、ＱｎＴＥ、ＩｐＴＭ、ＩｎＴＭ、ＱｐＴＭ、ＱｎＴＭ、の順で並んでいる。
【００１５】
ＴＥ光信号側およびＴＭ光信号側のそれぞれにおいては、Ｉ相側とＱ相側のいずれか一方の、信号光導波路アームと局部発振光導波路アームとの対が、光路長差を有した構造としている。すなわちＩ相側では３と８または４と９とのいずれか、Ｑ相側では５と１０または６と１１とのいずれかのアーム対に、光路長差が設けられている。この光路長差は、対を構成するアームの一方の長さを光路長差分長くすることによって付与し、これによって当該光路長差分長くしたアーム内を伝播する光波は、その他のアーム内を伝播する光波よりも、各光結合器に入力する時点で位相遅延が生じる。その結果、各光結合器から出力する干渉信号に関しては、ＴＥ光信号側においては、ＩｐＴＥとＱｐＴＥ、並びにＩｎＴＥとＱｎＴＥは、共に上記の光路長差に対応する位相差を持った関係となる。同様にＴＭ光信号側においても、ＩｐＴＭとＱｐＴＭ、並びにＩｎＴＭとＱｎＴＭは、やはり共に上記の光路長差に対応する位相差を持つ。
【００１６】
一方、光結合器はその構造によって出力干渉特性が異なり、同じ位相で入力された光信号でも各光結合器の出力干渉特性同士の差によって、出力する干渉信号に位相差が生じる。ここでは光結合器１２と１３との出力干渉特性の差によって生じる位相差分と、上記の光路長差に対応する位相差との合計で生じる、ＩｐＴＥに対するＱｐＴＥの位相差、並びにＩｎＴＥに対するＱｎＴＥの位相差を、共に＋π／２となるように設定している。同様に、光結合器１４と１５との出力干渉特性の差によって生じる位相差分と、上記の光路長差に対応する位相差とを合計した、ＩｐＴＭに対するＱｐＴＭの位相差、並びにＩｎＴＭに対するＱｎＴＭの位相差を、共に＋π／２となるように設定している。
【００１７】
図１では、局部発振光導波路アーム８と９との間に、伝播する局部発振光のπ／２の位相差に相当する光路長差を設けている。すなわち、アーム９はアーム８に比べて光導波路内を伝播する局部発振光の波長の１／４の長さだけ長くしている。同様に局部発振光導波路アーム１０と１１との間も、伝播する局部発振光のπ／２の位相差に相当する光路長差を設けている。すなわち、アーム１１はアーム１０に比べて光導波路内を伝播する局部発振光の波長の１／４の長さだけ長くしている。これによってＩ相側とＱ相側とに分岐した光信号の間にはそれぞれπ／２の位相差が生じる。また光結合器１２〜１５は、それぞれが有する出力干渉特性がすべて同一のものを用いている。したがって各光結合器の出力干渉特性同士の位相差はゼロである。
【００１８】
上記の光導波路回路構成とすることにより、ＩｎＴＥとＱｎＴＥ、並びにＩｐＴＥとＱｐＴＥは、共にπ／２の位相差を持って出力される。またＩｎＴＥとＩｐＴＥ、並びにＱｎＴＥとＱｐＴＥは、共にπの位相差を持って出力される。同様に、ＩｎＴＭとＱｎＴＭ、並びにＩｐＴＭとＱｐＴＭは、共にπ／２の位相差を持って出力される。またＩｎＴＭとＩｐＴＭ、並びにＱｎＴＭとＱｐＴＭは、共にπの位相差を持って出力される。このように、出力ポート１６〜２３からの出力干渉信号特性の関係は、ＯＩＦ標準の出力ポート配置と一致する。
【００１９】
以上のように、本実施の形態によって、光導波路アームの交差部を削減した光回路レイアウトで、ＯＩＦ標準どおりの出力ポート配置を実現することができる。
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態の９０度光ハイブリッド干渉計の光導波路構成を示す模式図である。図２において、図１と対応する部分は同じ符号が記してある。
【００２０】
第２の実施の形態は、光結合器としていずれもマッハツェンダー干渉計２４〜２７を用いたものである。また局部発振光にπ／２の位相差を与える光路長を付加する局部発振光導波路アームはアーム９とアーム１１とし、マッハツェンダー干渉計２４〜２７はすべて図中の上側の光導波路部分が長い形状となっている。したがって各マッハツェンダー干渉計の出力干渉特性自体はすべて等しく、出力干渉特性同士の位相差はゼロである。なお信号光導波路アーム３、４、５、６はいずれも干渉計を構成する部分（分岐部から光結合器に達するまで）の長さが等しい。以上のように９０度光ハイブリッド干渉計の光回路を構成することにより、その出力干渉特性はＯＩＦ標準にしたがった出力ポート配置とすることができる。
【００２１】
また光結合器としてのマッハツェンダー干渉計２４〜２７はいずれも同じ側の光導波路部分が長い形状としているため、加工精度の問題等により光結合強度が設計値からずれを生じたとしても、特性に与える影響を抑えることができる。なぜなら加工を行う上で、同一の要因で上記ずれが生じたのであれば、そのずれは少なくとも同じデバイス内であれば、いずれも同じ方向に同じ量で生じると考えられ、出力干渉特性における位相差のずれは相対的にはキャンセルされるからである。
【００２２】
以上の構成の光導波回路は、半導体集積回路製造プロセスと同様の微細加工技術により製造することができる。例えばシリコン基板上に積層した屈折率の異なるシリコン酸化膜を、フォトリソグラフィー法を用いて導波路コアやクラッドとしてパターニングすることにより、所定の形状の光導波路を形成できる。図２の構成の光導波回路においては、光導波路アーム３、４、５、６、８、１０の長さは、それぞれ分岐部分から光結合器に接続する部分までの長さとして、例えば３ｍｍとする。光導波路アーム９、１１は、例えば信号光の中心波長λが１．５５μｍの場合、他の光導波路アームの長さにλ／４ｎの値として０．２６５μｍを追加する。ここでｎは光導波路の等価屈折率である。またマッハツェンダー干渉計２４〜２７の幅および光路長差はそれぞれ、例えば７８０μｍおよび０．２６５μｍとする。
【００２３】
なお、図２におけるマッハツェンダー干渉計２４〜２７は、図２の形状とは逆に、すべて図中の下側の光導波路部分が長い形状とした構成にしても、各マッハツェンダー干渉計の出力干渉特性自体に差はないため、やはり上述の場合と同様な好適な効果が得られる。
【００２４】
また、上記の光導波路構成で、光結合器として方向性結合器やマルチモード干渉計などの対称性の光結合器を用いることによっても、やはりＯＩＦ標準どおりの出力ポート配置を実現することができる。ただしこれらの９０度光ハイブリッド干渉計の各出力干渉信号特性は、それぞれの相対的な位相差関係は一定であるが、光回路や光結合器の構成によって全体の位相自体は異なってくる。
【００２５】
図３（ａ）〜（ｅ）は、光回路や光結合器の構成が異なる９０度光ハイブリッド干渉計の出力ポートからの出力干渉信号特性の位相パターンの比較を示す。これらの図においては、いずれも横軸Δφはマッハツェンダー干渉計に入力される際の信号光と局部発振光との位相差、縦軸は出力強度（ａ．ｕ．）である。またこれらの図は、比較の便宜のため、いずれもＩｐおよびＱｐ信号についてのみ表示し、ＩｐおよびＱｐ信号がそれぞれ反転した特性を有するＩｎ及びＱｎ信号に関しては表示を省略した。
【００２６】
図２に示す構成の場合、出力干渉特性は図３（ａ）のようになり、ＴＥ側とＴＭ側とで出力強度の位相自体が同一となる。また図２におけるマッハツェンダー干渉計２４〜２７の形状を反転し、すべて図中の下側の光導波路部分が長い形状とした構成にした場合は、出力干渉特性は図３（ｂ）のようになり、やはりＴＥ側とＴＭ側とで出力強度の位相自体は同一である。
【００２７】
一方、図２におけるマッハツェンダー干渉計２４〜２７を、方向性結合器やマルチモード干渉計などの対称性の光結合器に置き換えた場合には、出力干渉特性は図３（ｃ）のようになり、ＴＥ側とＴＭ側とで出力強度の位相同士は一致していない。
【００２８】
以上のように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様にＯＩＦ標準どおりの出力ポート配置を実現しつつ、光導波路アームの交差部を削減できる。そして光結合器としてマッハツェンダー干渉計を用い、そのすべてを同じ側の光導波路部分を長くした構成とすることにより、光結合強度のばらつきの影響を抑制できる。さらにまた、ＴＥ側とＴＭ側とで出力干渉特性の位相自体を一致させたい場合には特に好適である。
（第３の実施の形態）
図４は本発明の第３の実施の形態の９０度光ハイブリッド干渉計の光導波路構成を示す模式図である。第３の実施の形態は第２の実施の形態と基本的な構成は同様であるが、第３の実施の形態では、局部発振光にπ／２の位相差を与える光路長を付加する局部発振光導波路アームはアーム８とアーム１１としている。また光結合器としてマッハツェンダー干渉計２４〜２７を用い、このうちマッハツェンダー干渉計２５だけが図中の下側の光導波路部分が長く、それ以外のものはすべて図中の上側の光導波路部分が長い形状となっている。これにより、マッハツェンダー干渉計２５の光結合記としての出力干渉特性は、他のマッハツェンダー干渉計に対して反転した状態、すなわちπの位相差を有する状態となる。したがって、マッハツェンダー干渉計の出力干渉特性の差によって生じる位相差分として、マッハツェンダー干渉計２４、２６、２７についてはゼロ、マッハツェンダー干渉計２５についてはπの値を設定する。そしてこれらの値と、アームの位相遅延に対応する位相差との合計で生じる、各出力干渉信号同士の位相差は、ＩｐＴＥとＱｐＴＥ、ＩｎＴＥとＱｎＴＥ、ＩｐＴＭとＱｐＴＭ、ＩｎＴＭとＱｎＴＭ、のいずれもが＋π／２となる。
【００２９】
以上のように９０度光ハイブリッド干渉計の光回路を構成することにより、その出力干渉特性はＯＩＦ標準にしたがった出力ポート配置とすることができる。なおこの光回路構成では、局部発振光導波路アームの光路長および信号光アームと交差する位置がＴＥ側とＴＭ側とで対称となっている。このため、アームの交差部分による光路長の変動等、設計パラメータ補正の必要が生じた場合において、双方で同様な補正を行えばよく、解析や設計の手間を大幅に省くことができる。
【００３０】
上述の効果は、図４におけるマッハツェンダー干渉計２４〜２７を、それぞれ光導波路を長くする側をすべて反転させた形状のものに置き換えても、同様に得ることができる。
【００３１】
なお、図４に示す構成の場合、９０度光ハイブリッド干渉計の出力ポートからの出力干渉特性は図３（ｄ）のようになる。
【００３２】
以上のように、第３の実施の形態では、第１、第２の実施の形態と同様にＯＩＦ標準どおりの出力ポート配置を実現しつつ、光導波路アームの交差部を削減できる。そして局部発振光導波路アーム構造がＴＥ側とＴＭ側とで対照となっていることから、設計パラメータ補正の必要が生じた場合にも、解析や設計の手間を大幅に省くことができる。
（第４の実施の形態）
図５は本発明の第４の実施の形態の９０度光ハイブリッド干渉計の光導波路構成を示す模式図である。第４の実施の形態は、第３の実施の形態の変形例であり、局部発振光にπ／２の位相差を与える光路長を付加する局部発振光導波路アームはアーム９とアーム１０としている。また光結合器としてマッハツェンダー干渉計２４〜２７を用い、このうちマッハツェンダー干渉計２７だけが図中の下側の光導波路が長く、それ以外のものはすべて図中の上側の光導波路が長い形状となっている。以上のように９０度光ハイブリッド干渉計の光回路を構成することにより、その出力干渉特性はＯＩＦ標準にしたがった出力ポート配置とすることができる。なおこの光回路構成では、第３の実施の形態と同様、局部発振光導波路アームの光路長および信号光アームと交差する位置がＴＥ側とＴＭ側とで対称となっている。このため、やはりアームの交差部分による光路長の変動等、設計パラメータ補正の必要が生じた場合において、双方で同様な補正を行えばよく、解析や設計の手間を大幅に省くことができる。
【００３３】
上述の効果は、図５におけるマッハツェンダー干渉計２４〜２７を、それぞれ光導波路を長くする側をすべて反転させた形状のものに置き換えても、同様に得ることができる。
【００３４】
なお、図５に示す構成の場合、９０度光ハイブリッド干渉計の出力ポートからの出力干渉特性は図３（ｅ）のようになる。
【００３５】
以上のように、第４の実施の形態では、第１〜３の実施の形態と同様にＯＩＦ標準どおりの出力ポート配置を実現しつつ、光導波路アームの交差部を削減できる。そして局部発振光導波路アーム構造がＴＥ側とＴＭ側とで対称となっていることから、設計パラメータ補正の必要が生じた場合にも、解析や設計の手間を大幅に省くことができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ ＴＥ信号光入力ポート
２ ＴＭ信号光入力ポート
３〜６ 信号光導波路アーム
７ 局部発振光入力ポート
８〜１１ 局部発振光導波路アーム
１２〜１５ 光結合器
１６〜２３ 出力ポート
２４〜２７ マッハツェンダー干渉計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波分離したＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（ＴＥ）光信号およびＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ（ＴＥ）光信号から、それぞれ、互いにπの位相差を有する位相情報ＩｐとＩｎ、並びに前記Ｉｐと前記Ｉｎに対してそれぞれπ／２の位相遅延を有する位相情報ＱｐとＱｎとからなる、Ｉ−Ｑ平面上の４値の位相情報を取り出すための９０度光ハイブリッド干渉計であって、
前記偏波分離したＴＥ光信号およびＴＭ光信号をそれぞれ入力する２つの信号光入力ポートと、
前記２つの信号光入力ポートの間に配置された、局部発振光を入力する局部発振光入力ポートと、
前記信号光入力ポートから入力され、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐された、前記ＴＥ光信号およびＴＭ光信号を伝播する信号光導波路アームと、
前記局部発振光入力ポートから入力され、前記ＴＥ光信号側と前記ＴＭ光信号側とに２分岐された後、さらにそれぞれ２つに分岐された前記局部発振光を伝播する局部発振光導波路アームと、
前記ＴＥ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＥ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する４つの光結合器と、
前記ＴＭ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＭ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する２つの光結合器と、
前記ＴＥ光信号側およびＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、２つの前記光結合器から出力される、対をなす信号光と局部発振光との位相差による４つの干渉信号を、それぞれ前記位相情報Ｉｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎとして取り出す４つの出力ポートと、
を有し、
前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側のいずれか一方の、前記信号光導波路アームと前記局部発振光導波路アームとの対に、光路長差を設けることにより、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側の出力干渉信号ＩｐとＱｐ、並びにＩｎとＱｎとの間にそれぞれ前記光路長差に対応する遅延位相差を与え、
前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側の光結合器と前記Ｑ相側の光結合器とがそれぞれ有する出力干渉特性同士の位相差と、前記遅延位相差とを、両者の合計で生じる、出力干渉信号Ｉｐに対するＱｐの出力位相差、並びに出力干渉信号Ｉｎに対するＱｎの出力位相差が、共に＋π／２となるように設定することにより、８つの前記出力ポートの出力信号を、上から前記ＴＥ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎ、および前記ＴＭ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎの順に配列したことを特徴とする、９０度光ハイブリッド干渉計。
【請求項２】
前記局部発振光にπ／２の位相差を与える光路長差を設ける局部発振光導波路アームは、前記ＴＥ光信号側Ｑｎ信号を出力する光導波路アームと、前記ＴＭ光信号側Ｑｐ信号を出力するアームであることを特徴とする、請求項１に記載の９０度光ハイブリッド干渉計。
【請求項３】
前記光結合器はいずれもマッハツェンダー干渉計で構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の９０度光ハイブリッド干渉計。
【請求項４】
前記マッハツェンダー干渉計は、いずれも同じ側の光導波路部分に路長差分の長さを付与した形状であることを特徴とする、請求項３に記載の９０度光ハイブリッド干渉計。
【請求項５】
偏波分離したＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（ＴＥ）光信号およびＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ（ＴＥ）光信号から、それぞれ、互いにπの位相差を有する位相情報ＩｐとＩｎ、並びに前記Ｉｐと前記Ｉｎに対してそれぞれπ／２の位相遅延を有する位相情報ＱｐとＱｎとからなる、Ｉ−Ｑ平面上の４値の位相情報を取り出すための９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法であって、
前記偏波分離したＴＥ光信号およびＴＭ光信号をそれぞれ入力する２つの信号光入力ポートと、
前記２つの信号光入力ポートの間に配置された、局部発振光を入力する局部発振光入力ポートと、
前記信号光入力ポートから入力され、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐された、前記ＴＥ光信号およびＴＭ光信号を伝播する信号光導波路アームと、
前記局部発振光入力ポートから入力され、前記ＴＥ光信号側と前記ＴＭ光信号側とに２分岐された後、さらにそれぞれ２つに分岐された前記局部発振光を伝播する局部発振光導波路アームと、
前記ＴＥ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＥ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する４つの光結合器と、
前記ＴＭ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＭ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する２つの光結合器と、
前記ＴＥ光信号側およびＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、２つの前記光結合器から出力される、対をなす信号光と局部発振光との位相差による４つの干渉信号を、それぞれ前記位相情報Ｉｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎとして取り出す４つの出力ポートと、
を構成し、
前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側のいずれか一方の、前記信号光導波路アームと前記局部発振光導波路アームとの対に、光路長差を設けることにより、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側の出力干渉信号ＩｐとＱｐ、並びにＩｎとＱｎとの間にそれぞれ前記光路長差に対応する遅延位相差を与え、
前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側の光結合器と前記Ｑ相側の光結合器とがそれぞれ有する出力干渉特性同士の位相差と、前記遅延位相差とを、両者の合計で生じる、出力干渉信号Ｉｐに対するＱｐの出力位相差、並びに出力干渉信号Ｉｎに対するＱｎの出力位相差が、共に＋π／２となるように設定することにより、８つの前記出力ポートの出力信号を、上から前記ＴＥ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎ、および前記ＴＭ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎの順に配列することを特徴とする、９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法。
【請求項６】
前記局部発振光にπ／２の位相差を与える光路長差を設ける局部発振光導波路アームは、前記ＴＥ光信号側Ｑｎを出力する光導波路アームと、前記ＴＭ光信号側Ｑｐを出力するアームとすることを特徴とする、請求項５に記載の９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法。
【請求項７】
前記光結合器はいずれもマッハツェンダー干渉計で構成することを特徴とする、請求項５または６に記載の９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法。
【請求項８】
前記マッハツェンダー干渉計は、いずれも同じ側の光導波路部分に光路長差分の長さを付与した形状とすることを特徴とする、請求項７に記載の９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法。
【請求項１】
偏波分離したＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（ＴＥ）光信号およびＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ（ＴＥ）光信号から、それぞれ、互いにπの位相差を有する位相情報ＩｐとＩｎ、並びに前記Ｉｐと前記Ｉｎに対してそれぞれπ／２の位相遅延を有する位相情報ＱｐとＱｎとからなる、Ｉ−Ｑ平面上の４値の位相情報を取り出すための９０度光ハイブリッド干渉計であって、
前記偏波分離したＴＥ光信号およびＴＭ光信号をそれぞれ入力する２つの信号光入力ポートと、
前記２つの信号光入力ポートの間に配置された、局部発振光を入力する局部発振光入力ポートと、
前記信号光入力ポートから入力され、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐された、前記ＴＥ光信号およびＴＭ光信号を伝播する信号光導波路アームと、
前記局部発振光入力ポートから入力され、前記ＴＥ光信号側と前記ＴＭ光信号側とに２分岐された後、さらにそれぞれ２つに分岐された前記局部発振光を伝播する局部発振光導波路アームと、
前記ＴＥ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＥ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する４つの光結合器と、
前記ＴＭ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＭ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する２つの光結合器と、
前記ＴＥ光信号側およびＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、２つの前記光結合器から出力される、対をなす信号光と局部発振光との位相差による４つの干渉信号を、それぞれ前記位相情報Ｉｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎとして取り出す４つの出力ポートと、
を有し、
前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側のいずれか一方の、前記信号光導波路アームと前記局部発振光導波路アームとの対に、光路長差を設けることにより、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側の出力干渉信号ＩｐとＱｐ、並びにＩｎとＱｎとの間にそれぞれ前記光路長差に対応する遅延位相差を与え、
前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側の光結合器と前記Ｑ相側の光結合器とがそれぞれ有する出力干渉特性同士の位相差と、前記遅延位相差とを、両者の合計で生じる、出力干渉信号Ｉｐに対するＱｐの出力位相差、並びに出力干渉信号Ｉｎに対するＱｎの出力位相差が、共に＋π／２となるように設定することにより、８つの前記出力ポートの出力信号を、上から前記ＴＥ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎ、および前記ＴＭ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎの順に配列したことを特徴とする、９０度光ハイブリッド干渉計。
【請求項２】
前記局部発振光にπ／２の位相差を与える光路長差を設ける局部発振光導波路アームは、前記ＴＥ光信号側Ｑｎ信号を出力する光導波路アームと、前記ＴＭ光信号側Ｑｐ信号を出力するアームであることを特徴とする、請求項１に記載の９０度光ハイブリッド干渉計。
【請求項３】
前記光結合器はいずれもマッハツェンダー干渉計で構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の９０度光ハイブリッド干渉計。
【請求項４】
前記マッハツェンダー干渉計は、いずれも同じ側の光導波路部分に路長差分の長さを付与した形状であることを特徴とする、請求項３に記載の９０度光ハイブリッド干渉計。
【請求項５】
偏波分離したＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（ＴＥ）光信号およびＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ（ＴＥ）光信号から、それぞれ、互いにπの位相差を有する位相情報ＩｐとＩｎ、並びに前記Ｉｐと前記Ｉｎに対してそれぞれπ／２の位相遅延を有する位相情報ＱｐとＱｎとからなる、Ｉ−Ｑ平面上の４値の位相情報を取り出すための９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法であって、
前記偏波分離したＴＥ光信号およびＴＭ光信号をそれぞれ入力する２つの信号光入力ポートと、
前記２つの信号光入力ポートの間に配置された、局部発振光を入力する局部発振光入力ポートと、
前記信号光入力ポートから入力され、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐された、前記ＴＥ光信号およびＴＭ光信号を伝播する信号光導波路アームと、
前記局部発振光入力ポートから入力され、前記ＴＥ光信号側と前記ＴＭ光信号側とに２分岐された後、さらにそれぞれ２つに分岐された前記局部発振光を伝播する局部発振光導波路アームと、
前記ＴＥ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＥ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する４つの光結合器と、
前記ＴＭ光信号側において、それぞれＩ相側とＱ相側とに２分岐した前記ＴＭ光信号と前記局部発振光とを、それぞれ一対ずつ結合する２つの光結合器と、
前記ＴＥ光信号側およびＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、２つの前記光結合器から出力される、対をなす信号光と局部発振光との位相差による４つの干渉信号を、それぞれ前記位相情報Ｉｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎとして取り出す４つの出力ポートと、
を構成し、
前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側のいずれか一方の、前記信号光導波路アームと前記局部発振光導波路アームとの対に、光路長差を設けることにより、前記Ｉ相側と前記Ｑ相側の出力干渉信号ＩｐとＱｐ、並びにＩｎとＱｎとの間にそれぞれ前記光路長差に対応する遅延位相差を与え、
前記ＴＥ光信号側および前記ＴＭ光信号側のそれぞれにおいて、前記Ｉ相側の光結合器と前記Ｑ相側の光結合器とがそれぞれ有する出力干渉特性同士の位相差と、前記遅延位相差とを、両者の合計で生じる、出力干渉信号Ｉｐに対するＱｐの出力位相差、並びに出力干渉信号Ｉｎに対するＱｎの出力位相差が、共に＋π／２となるように設定することにより、８つの前記出力ポートの出力信号を、上から前記ＴＥ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎ、および前記ＴＭ光信号側のＩｐ、Ｉｎ、Ｑｐ、Ｑｎの順に配列することを特徴とする、９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法。
【請求項６】
前記局部発振光にπ／２の位相差を与える光路長差を設ける局部発振光導波路アームは、前記ＴＥ光信号側Ｑｎを出力する光導波路アームと、前記ＴＭ光信号側Ｑｐを出力するアームとすることを特徴とする、請求項５に記載の９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法。
【請求項７】
前記光結合器はいずれもマッハツェンダー干渉計で構成することを特徴とする、請求項５または６に記載の９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法。
【請求項８】
前記マッハツェンダー干渉計は、いずれも同じ側の光導波路部分に光路長差分の長さを付与した形状とすることを特徴とする、請求項７に記載の９０度光ハイブリッド干渉計の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１９７４３３（Ｐ２０１１−１９７４３３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６４４７３（Ｐ２０１０−６４４７３）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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