JP2019211583A

JP2019211583A - 光デバイス

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Publication number: JP2019211583A
Application number: JP2018106540A
Authority: JP
Inventors: 俊太郎牧野; Shuntaro Makino; 高林　和雅; Kazumasa Takabayashi; 和雅高林
Original assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Current assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2018-06-01
Publication date: 2019-12-12
Anticipated expiration: 2038-06-01
Also published as: JP7106996B2; US10560213B2; US20190372699A1

Abstract

【課題】偏波合成器の波長特性に起因した偏波多重光の劣化を抑制する光デバイスを提供する。【解決手段】光デバイス１は、入力光を分岐して第１の分岐光及び第２の分岐光を出力する光カプラ１２と、光カプラから出力される第２の分岐光の偏波方向を変換する偏波変換器１５と、光カプラから出力される第１の分岐光と偏波変換器によって偏波方向が変換された第２の分岐光とを合成して偏波多重光を出力する偏波合成器１６と、を有し、光カプラは、偏波多重光に含まれる第２の分岐光に関する偏波合成器の波長特性を打ち消す波長特性を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光デバイスに関する。

近年、光通信の伝送容量の拡大に伴い、偏波多重方式を用いた光デバイスが用いられることがある。偏波多重方式とは、偏波が互いに直交する信号光を合成した偏波多重光を利用して二つの独立したデータを一度に伝送する伝送方式である。

偏波多重方式が適用された光デバイスでは、光デバイスに入力された入力光が光カプラによって２つの分岐光に分岐され、一方の分岐光の偏波方向が偏波変換器によって変換される。そして、偏波方向が変換された一方の分岐光と偏波方向が変換されていない他方の分岐光とが偏波合成器によって合成された後、偏波多重光として出力される。光カプラ、偏波変換器及び偏波合成器は、光デバイスの小型化の観点から、例えば１つの基板上に配置される。光カプラ及び偏波合成器としては、例えば、２つの導波路間で光結合を行う方向性結合器等が用いられる。

特開２００６−６５０８９号公報特開平２−２８７４０８号公報特開２０１１−３４０５７号公報

ところで、偏波合成器は、偏波多重光に含まれる２つの分岐光のうちの一方の分岐光に関して、光の波長が偏波多重光に割り当てられた所定の波長帯域（以下「動作波長帯域」と呼ぶ）の端部に近づくほど光パワーが低下する波長特性を有している。偏波多重方式が適用された光デバイスでは、上記した偏波合成器の波長特性に起因して、偏波多重光が劣化する可能性がある。すなわち、偏波合成器から出力される偏波多重光に含まれる２つの分岐光のうちの一方の分岐光の光パワーの最小値が動作波長帯域の端部において予め許容されたスペック値以下の範囲まで低下する虞がある。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、偏波合成器の波長特性に起因した偏波多重光の劣化を抑制することができる光デバイスを提供することを目的とする。

本願の開示する光デバイスは、一つの態様において、入力光を分岐して第１の分岐光及び第２の分岐光を出力する光カプラと、前記光カプラから出力される前記第２の分岐光の偏波方向を変換する偏波変換器と、前記光カプラから出力される前記第１の分岐光と前記偏波変換器によって偏波方向が変換された前記第２の分岐光とを合成して偏波多重光を出力する偏波合成器と、を有し、前記光カプラは、前記偏波多重光に含まれる前記第２の分岐光に関する前記偏波合成器の波長特性を打ち消す波長特性を有する。

本願の開示する光デバイスの一つの態様によれば、偏波合成器の波長特性に起因した偏波多重光の劣化を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、本実施例に係る光デバイスの構成例を示す図である。図２は、本実施例における偏波合成器の構成例を示す図である。図３は、本実施例における偏波合成器の波長特性の一例を示す図である。図４は、本実施例における光カプラの構成例を示す図である。図５は、本実施例における光カプラの波長特性の一例を示す図である。図６は、比較例の光カプラが用いられた場合に偏波合成器から出力される偏波多重光に含まれる分岐光の光パワーの波長特性の一例を示す図である。図７は、実施例の光カプラが用いられた場合に偏波合成器から出力される偏波多重光に含まれる分岐光の光パワーの波長特性の一例を示す図である。図８は、変形例における光カプラの構成例を示す図である。図９は、上記実施例及び変形例に係る光デバイスが実装された光送受信モジュールの構成例を示す図である。

以下に、本願の開示する光デバイスの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により開示技術が限定されるものではない。

図１は、本実施例に係る光デバイス１の構成例を示す図である。図１に示す光デバイス１は、基板１０と、光導波路１１と、光カプラ１２と、光変調器１３と、光変調器１４と、偏波変換器１５と、偏波合成器１６とを有する。光デバイス１は、偏波多重方式が適用された光デバイスである。

基板１０は、光導波路１１、光カプラ１２、光変調器１３、光変調器１４、偏波変換器１５及び偏波合成器１６を搭載する基板である。

光導波路１１は、基板１０上に形成されている。光導波路１１は、光源から発せられる入力光が入力される入力導波路２１と、分岐導波路２２，２３と、偏波多重光を出力するための出力導波路２４とを有する。

光カプラ１２は、入力導波路２１、分岐導波路２２及び分岐導波路２３に接続されており、光の分岐を行う。すなわち、光カプラ１２は、入力導波路２１から入力される入力光を２つの分岐光に分岐して、一方の分岐光を分岐導波路２２へ出力するとともに、他方の分岐光を分岐導波路２３へ出力する。以下では、光カプラ１２から分岐導波路２２へ出力される分岐光を「第１の分岐光」と呼び、光カプラ１２から分岐導波路２３へ出力される分岐光を「第２の分岐光」と呼ぶ。光カプラ１２の構成については、後に詳述する。

光変調器１３は、分岐導波路２２に設けられており、例えばマッハツェンダ型の光導波路を有する。光変調器１３は、光カプラ１２から出力される第１の分岐光を電気信号により変調し、変調された第１の分岐光を偏波合成器１６へ出力する。光変調器１４は、分岐導波路２３に設けられており、例えばマッハツェンダ型の光導波路を有する。光変調器１４は、光カプラ１２から出力される第２の分岐光を電気信号により変調し、変調された第２の分岐光を偏波変換器１５へ出力する。

偏波変換器１５は、分岐導波路２３に設けられており、光変調器１４から出力される第２の分岐光の偏波方向を変換する。

偏波合成器１６は、出力導波路２４、分岐導波路２２及び分岐導波路２３に接続されており、光の合成を行う。すなわち、偏波合成器１６は、光変調器１３から出力される第１の分岐光と、偏波変換器１５を通過して偏波方向が変換された第２の分岐光とを合成し、偏波方向が互いに直交する２つの分岐光を含む偏波多重光を出力導波路２４へ出力する。

図２は、本実施例における偏波合成器１６の構成例を示す図である。偏波合成器１６は、対称型の方向性結合器であり、図２に示すように、幅が同一である２つの光導波路１６１，１６２を有する。光導波路１６１の入力端１６１ａは、分岐導波路２２に接続されており、光導波路１６１の出力端１６１ｂは、出力導波路２４に接続されている。光導波路１６２の入力端１６２ａは、分岐導波路２３に接続されており、光導波路１６２の出力端１６２ｂは、終端されている。光導波路１６１及び光導波路１６２は、光導波路１６１と光導波路１６２とが互いに近接する領域１６３を形成しており、この領域１６３において光結合が行われる。すなわち、光変調器１３から出力される第１の分岐光は、光導波路１６１の入力端１６１ａから入力され、光導波路１６１を通過する。また、偏波変換器１５を通過して偏波方向が変換された第２の分岐光は、光導波路１６２の入力端１６２ａから入力され、領域１６３において光導波路１６１に結合される。これにより、偏波方向が互いに直交する第１の分岐光及び第２の分岐光が光導波路１６１において合成され、得られた偏波多重光が光導波路１６１の出力端１６１ｂから出力導波路２４へ出力される。

図３は、本実施例における偏波合成器１６の波長特性の一例を示す図である。図３において、横軸は、光の波長を示し、縦軸は、偏波合成器１６から出力される光の光パワーを示している。偏波合成器１６は、偏波多重光に含まれる第１の分岐光及び第２の分岐光に関して、それぞれ例えば図３に示すような波長特性を有している。すなわち、偏波合成器１６は、偏波多重光に含まれる第１の分岐光に関して、光の波長に関わらず光パワーが一定となる波長特性を有している。また、偏波合成器１６は、偏波多重光に含まれる第２の分岐光に関して、光の波長が偏波多重光に割り当てられた所定の波長帯域（以下「動作波長帯域」と呼ぶ）の端部に近づくほど光パワーが低下する波長特性を有している。

したがって、光デバイス１では、図３に示したような偏波合成器１６の波長特性に起因して、偏波合成器１６から出力される偏波多重光が劣化する可能性がある。すなわち、偏波合成器１６から出力される偏波多重光に含まれる第２の分岐光の光パワーの最小値が動作波長帯域の端部において予め許容されたスペック値以下の範囲まで低下する虞がある。

そこで、光デバイス１では、光カプラ１２は、偏波多重光に含まれる第２の分岐光に関する偏波合成器１６の波長特性を打ち消す波長特性を有している。

ここで、光カプラ１２の波長特性を説明する前に、その前提として、光カプラ１２の構成について、説明する。図４は、本実施例における光カプラ１２の構成例を示す図である。光カプラ１２は、非対称型の方向性結合器であり、図４に示すように、幅が異なる２つの光導波路１２１，１２２を有する。本実施例では、光導波路１２２の幅は、光導波路１２１の幅よりも大きい。光導波路１２１の入力端１２１ａは、終端されており、光導波路１２１の出力端１２１ｂは、分岐導波路２２に接続されている。光導波路１２２の入力端１２２ａは、入力導波路２１に接続されており、光導波路１２２の出力端１２２ｂは、分岐導波路２３に接続されている。光導波路１２１及び光導波路１２２は、光導波路１２１と光導波路１２２とが互いに近接する領域１２３を形成しており、この領域１２３において光結合が行われる。すなわち、入力導波路２１から入力される入力光は、光導波路１２２の入力端１２２ａから入力され、光導波路１２２を通過する。また、光導波路１２２を通過する入力光の一部は、領域１２３において光導波路１２１に結合される。これにより、入力光が第１の分岐光及び第２の分岐光に分岐され、第１の分岐光が光導波路１２１の出力端１２１ｂから分岐導波路２２へ出力され、第２の分岐光が光導波路１２２の出力端１２２ｂから分岐導波路２３へ出力される。

図５は、本実施例における光カプラ１２の波長特性の一例を示す図である。図５において、横軸は、光の波長を示し、縦軸は、光カプラ１２から出力される光の光パワーを示している。光カプラ１２は、光カプラ１２から出力される第１の分岐光及び第２の分岐光に関して、それぞれ例えば図５に示すような波長特性を有している。すなわち、光カプラ１２は、光カプラ１２から出力される第１の分岐光に関して、光の波長が動作波長帯域の端部に近づくほど光パワーが低下する波長特性を有している。また、光カプラ１２は、光カプラ１２から出力される第２の分岐光に関して、光の波長が動作波長帯域の端部に近づくほど光パワーが増加する波長特性を有している。このような第２の分岐光に関する光カプラ１２の波長特性によって、図３に示したような第２の分岐光に関する偏波合成器１６の波長特性が打ち消される。その結果、偏波合成器１６の波長特性に起因する偏波多重光の劣化を抑制することが可能となる。

図５に示すような光カプラ１２の波長特性は、光カプラ１２から出力される第１の分岐光及び第２の分岐光の光パワーの比が、偏波合成器１６から出力される偏波多重光に含まれる第１の分岐光及び第２の分岐光の光パワーの比の逆数となるように、決定される。偏波合成器１６から出力される偏波多重光に含まれる第１の分岐光及び第２の分岐光の光パワーの比Ｒａｔｉｏ＿ＰＢＣ（λ）は、以下の式（１）により表される。

Ｒａｔｉｏ＿ＰＢＣ（λ）＝Ｐ_ｂ２（λ）／Ｐ_ｂ１（λ）・・・（１）
ただし、λ：光の波長、Ｐ_ｐ１（λ）：偏波合成器１６から出力される偏波多重光に含まれる第１の分岐光の光パワー、Ｐ_ｐ２（λ）：偏波合成器１６から出力される偏波多重光に含まれる第２の分岐光の光パワー

また、光カプラ１２から出力される第１の分岐光及び第２の分岐光の光パワーの比Ｒａｔｉｏ＿Ｃｏｕｐｅｒ（λ）は、以下の式（２）により表される。

Ｒａｔｉｏ＿Ｃｏｕｐｅｒ（λ）＝Ｐ_ｃ２（λ）／Ｐ_ｃ１（λ）・・・（２）
ただし、λ：光の波長、Ｐ_ｃ１（λ）：光カプラ１２から出力される第１の分岐光の光パワー、Ｐ_ｃ２（λ）：光カプラ１２から出力される第２の分岐光の光パワー

したがって、光カプラ１２の波長特性は、以下の式（３）が満たされるように、決定される。

Ｒａｔｉｏ＿ＰＢＣ（λ）＝１／Ｒａｔｉｏ＿ＰＢＣ（λ）・・・（３）

ただし、実際には、動作波長帯域内の全ての波長において上記式（３）を満足する光カプラ１２の波長特性を設計することは、困難である。そのため、光カプラ１２の波長特性は、動作波長帯域におけるＲａｔｉｏ＿ＰＢＣ（λ）と１／Ｒａｔｉｏ＿ＰＢＣ（λ）との差の絶対値の積分値が最小となるように、調整されてもよい。

また、光カプラ１２の波長特性を調整するためのパラメータとしては、例えば、光導波路１２１，１２２の各々の幅、領域１２３における光導波路１２１と光導波路１２２との間隔等がある。光デバイス１の製造者は、例えば、光導波路１２１，１２２の各々の幅、領域１２３における光導波路１２１と光導波路１２２との間隔等を適切な値に調整することで、上記式（３）を満足する光カプラ１２の波長特性を設計することができる。

次に、図６及び図７を用いて、光カプラ１２の波長特性による偏波合成器１６の出力の変化を説明する。図６は、比較例の光カプラが用いられた場合に偏波合成器１６から出力される偏波多重光に含まれる分岐光の光パワーの波長特性の一例を示す図である。図７は、実施例の光カプラ１２が用いられた場合に偏波合成器１６から出力される偏波多重光に含まれる分岐光の光パワーの波長特性の一例を示す図である。比較例の光カプラは、比較例の光カプラから出力される第１の分岐光及び第２の分岐光に関して、光の波長に関わらず光パワーが一定となる波長特性を有している。また、光カプラ１２は、光カプラ１２から出力される第１の分岐光及び第２の分岐光に関して、それぞれ例えば図５に示すような波長特性を有している。

図６に示すように、比較例の光カプラが用いられた場合、偏波合成器１６の波長特性に起因して、偏波多重光に含まれる第２の分岐光の光パワーの最小値が動作波長帯域の端部において予め許容されたスペック値以下の範囲まで低下した。

一方、実施例の光カプラ１２が用いられた場合、第２の分岐光に関する光カプラ１２の波長特性によって第２の分岐光に関する偏波合成器１６の波長特性が打ち消される。このため、実施例の光カプラ１２が用いられた場合、偏波多重光に含まれる第２の分岐光の光パワーの最小値が動作波長帯域の端部において改善され、予め許容されたスペック値を満たした。すなわち、光カプラ１２を用いることによって、偏波合成器１６の波長特性に起因する偏波多重光の劣化を抑制することができた。

以上のように、本実施例に係る光デバイス１は、光カプラ１２と、偏波変換器１５と、偏波合成器１６とを有する。光カプラ１２は、入力光を分岐して第１の分岐光及び第２の分岐光を出力する。偏波変換器１５は、光カプラ１２から出力される第２の分岐光の偏波方向を変換する。偏波合成器１６は、光カプラ１２から出力される第１の分岐光と偏波変換器１５によって偏波方向が変換された第２の分岐光とを合成して偏波多重光を出力する。光デバイス１では、光カプラ１２は、偏波多重光に含まれる第２の分岐光に関する偏波合成器１６の波長特性を打ち消す波長特性を有する。

この光デバイス１の構成により、偏波合成器１６の波長特性に起因した偏波多重光の劣化を抑制することができる。

（変形例）
なお、上記実施例では、光カプラ１２が非対称型の方向性結合器である例を示したが、開示の技術はこれに限定されない。例えば、光カプラは、非対称型のマッハツェンダ干渉計であってもよい。図８は、変形例における光カプラ３２の構成例を示す図である。

光カプラ３２は、非対称型のマッハツェンダ干渉計であり、図８に示すように、幅が同一であり且つ長さが異なる２つの光導波路３２１，３２２を有する。光導波路３２１の入力端３２１ａは、終端されており、光導波路３２１の出力端３２１ｂは、分岐導波路２２に接続されている。光導波路３２２の入力端３２２ａは、入力導波路２１に接続されており、光導波路３２２の出力端３２２ｂは、分岐導波路２３に接続されている。光導波路３２１及び光導波路３２２は、光導波路３２１と光導波路３２２とが互いに近接する領域３２３，３２４を形成しており、これら領域３２３，３２４において光結合が行われる。すなわち、入力導波路２１から入力される入力光は、光導波路３２２の入力端３２２ａから入力され、光導波路３２２を通過する。また、光導波路３２２を通過する入力光の一部は、領域３２３，３２４において光導波路３２１に結合される。これにより、入力光が第１の分岐光及び第２の分岐光に分岐され、第１の分岐光が光導波路３２１の出力端３２１ｂから分岐導波路２２へ出力され、第２の分岐光が光導波路３２２の出力端３２２ｂから分岐導波路２３へ出力される。

光カプラ３２は、光カプラ１２と同様に、偏波多重光に含まれる第２の分岐光に関する偏波合成器１６の波長特性を打ち消す波長特性を有している。光カプラ３２は、光カプラ３２から出力される第１の分岐光及び第２の分岐光に関して、それぞれ例えば図５に示すような波長特性を有している。

光カプラ３２の波長特性を調整するためのパラメータとしては、例えば、２つの光導波路３２１，３２２の長さの差等がある。光デバイス１の製造者は、例えば、２つの光導波路３２１，３２２の長さの差等を適切な値に調整することで、上記式（３）を満足する光カプラ１２の波長特性を設計することができる。

また、上記実施例では、分岐導波路２２に光変調器１３が設けられ、分岐導波路２３に１４が設けられる例を示したが、光変調器１３，１４に代えて他の部品が分岐導波路２２及び分岐導波路２３に設けられてもよい。分岐導波路２２及び分岐導波路２３に設けられる他の部品としては、特定の波長の光を透過させる光フィルタ等がある。

（適用例）
上述した光デバイス１は、例えば光信号を送受信する光送受信モジュールに適用することが可能である。図９は、上記実施例及び変形例に係る光デバイス１が実装された光送受信モジュール１００の構成例を示す図である。図９に示すように、光送受信モジュール１００は、ＬＤ（Laser Diode）１０１と、光デバイス１と、ドライバ１０３と、受信回路１０４と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１０５とを有する。また、受信回路１０４は、ＴＩＡ（Transimpedance Amplifier）１０４ａを有する。ドライバ１０３から出力されるＲＦ信号によって光デバイス１の光変調器１３，１４が駆動され、光デバイス１は、ＬＤ１０１からの入力光を分岐して得られる第１の分岐光及び第２の分岐光を変調及び偏波多重し、得られた偏波多重光を光信号として送出する。

受信回路１０４は、光信号を受信し、光電変換等の所定の光受信処理を実行し、得られた受信信号をＴＩＡ１０４ａを介してＤＳＰ１０５へ出力する。

ＤＳＰ１０５は、受信回路１０４から出力される受信信号に対して、例えばデジタル復調及び復号等の所定のデジタル信号処理を実行する。また、ＤＳＰ１０５は、送信データに対して符号化及びデジタル変調などの所定のデジタル信号処理を実行し、得られたデータ信号をドライバ１０３へ出力する。このデータ信号は、ドライバ１０３によって、光変調に用いられるＲＦ信号に変換され、光デバイス１の光変調器１３，１４を駆動する。

１光デバイス
１２、３２光カプラ
１５偏波変換器
１６偏波合成器

Claims

入力光を分岐して第１の分岐光及び第２の分岐光を出力する光カプラと、
前記光カプラから出力される前記第２の分岐光の偏波方向を変換する偏波変換器と、
前記光カプラから出力される前記第１の分岐光と前記偏波変換器によって偏波方向が変換された前記第２の分岐光とを合成して偏波多重光を出力する偏波合成器と、
を有し、
前記光カプラは、前記偏波多重光に含まれる前記第２の分岐光に関する前記偏波合成器の波長特性を打ち消す波長特性を有することを特徴とする光デバイス。
前記偏波合成器は、前記偏波多重光に含まれる前記第２の分岐光に関して、光の波長が前記偏波多重光に割り当てられた所定の波長帯域の端部に近づくほど光パワーが低下する波長特性を有し、
前記光カプラは、前記光カプラから出力される前記第２の分岐光に関して、光の波長が前記所定の波長帯域の端部に近づくほど光パワーが増加する波長特性を有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記光カプラの波長特性は、前記光カプラから出力される前記第１の分岐光及び前記第２の分岐光の光パワーの比が、前記偏波合成器から出力される前記偏波多重光に含まれる前記第１の分岐光及び前記第２の分岐光の光パワーの比の逆数に等しくなるように、決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光デバイス。
前記光カプラは、幅が異なる２つの光導波路を有する非対称型の方向性結合器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光デバイス。
前記光カプラは、幅が同一であり且つ長さが異なる２つの光導波路を有する非対称型のマッハツェンダ干渉計であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光デバイス。