JP3608983B2 - Polarization dispersion compensation circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送路(光ファイバ)の偏波分散によって生じた光信号歪みを整形する偏波分散補償回路に関する。
【0002】
ここで、光ファイバの偏波分散(PMD:Polarization Mode Dispersion) とは、光ファイバの複屈折性のために光信号の偏波状態によって伝搬速度が変化する現象であり、これが光信号歪みの要因の一つになっている。
【0003】
【従来の技術】
光通信の発展に伴い、既設の光ファイバに高速な光信号を伝搬させたいという要求が高まっている。しかし、既設の光ファイバは比較的高い偏波分散を有するので、高速な光信号を伝搬させたときの光信号歪みが大きな問題になる。
【0004】
これを解決するための偏波分散補償回路としては、2つの偏光プリズム(偏光ビームスプリッタ)および機械的可動鏡を用いたものが知られている(参考文献:F.Heismann et al.,”AUTOMATIC COMPENSATION OF FIRST−ORSER POLARIZATION MODE DISPERSION IN A 10 Gb/s TRANSMISSION SYSTEM”, WdC11, ECOC’98, 1998)。
【0005】
図6は、上記文献に記載されている従来の偏波分散補償回路の構成例を示す。図において、入力ポート101から入力された光信号は、第1の偏光プリズム102に入力される。ここで、光伝送路で遅れたTM光は直進するポートに出力され、進んだTE光は直交するポートに出力され、偏波分離が行われる。TE光は、2枚の反射鏡を含む機械的可動鏡103を介して第2の偏光プリズム104に入力され、直接入力されるTM光と偏波合成されて出力ポート105に出力される。この機械的可動鏡103を移動させることにより、TE光が空間的に伝搬する光路長が変化し、TE光とTM光の遅延量が調整されて偏波分散補償が行われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の偏波分散補償回路には、次のような問題点がある。
第1は、機械的可動鏡103を有しているので信頼性に欠けることである。偏波分散は時間的に大きく変動する特性をもつが、従来の偏波分散補償回路では偏波分散の変動に追従するために機械的可動鏡103を動かす必要があり、長期的な安定性が問題となる。
【0007】
第2は、空間的に光学系を構成しているので、各部品(102,103,104)の位置に厳しい精度が要求されることである。特に、従来の偏波分散補償回路では、機械的可動鏡103を動かしたときにも光学的な結合量が変化しないように、極めて厳しい位置精度が要求される。
【0008】
第3は、従来の偏波分散補償回路が個別部品を組み合わせた構成であり、かつ機械的可動鏡103を含む可動部材を用いた構成であるので小型化に限界があることである。
【0009】
本発明は、可動部材を用いず、小型で信頼性に優れた導波路型の偏波分散補償回路を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の偏波分散補償回路は、基板上に、入力光を直交する2つの偏波成分に分離して2つの出力ポートに出力する導波路型偏波分離手段と、導波路型偏波分離手段の2つの出力ポートに接続される一対の光遅延線と、一対の光遅延線を通過した2つの偏波成分を入力し、偏波合成して出力する導波路型偏波合成手段とを備え、一対の光遅延線の少なくとも一方に遅延量を可変する手段を有し、分離した2つの偏波成分の遅延量を調整して導波路型偏波合成手段に入力する構成である。すなわち、一対の光遅延線は、固定遅延線と可変遅延線の組み合わせ、または可変遅延線と可変遅延線の組み合わせのいずれでもよい。
【0011】
光遅延線の遅延量を可変する手段は、Nを正の整数としたときに、(N+1)個の2入力2出力光スイッチと、N組の光路長の異なる光導波路対とを交互に接続し、初段の2入力2出力光スイッチの一方の入力ポートを光遅延線の入力ポートとし、最終段の2入力2出力光スイッチの一方の出力ポートを光遅延線の出力ポートとし、各2入力2出力光スイッチの入出力ポート間をスルー状態またはクロス状態に設定することにより各組の光導波路対のいずれか一方の光導波路を選択して遅延量を可変させる構成である。
【0012】
また、可変遅延線を形成するN組の光導波路対の各光路長差は、1:2:4:8:…:2N−1 のように2の階乗の比になるように構成することにより、N段で単位遅延量の1〜2−1倍の遅延量を自由に選択することができる。
【0013】
また、一対の光遅延線の少なくとも一方に光信号の強度を調整する光減衰器を接続してもよい。光減衰器は、一対の光遅延線(例えば固定遅延線と可変遅延線)の損失が同じになるように調整するためのものである。
【0014】
導波路型偏波分離手段および導波路型偏波合成手段は、2入力2出力の2つの光カプラと、これらを接続する2本の導波路アームとを備え、一方の導波路アーム上に複屈折を調整する手段を形成した構成である。複屈折を調整する手段は応力付与膜で形成してもよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の偏波分散補償回路の実施形態を示す。なお、ここでは、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いて構成した例について説明する。この石英系光導波路は、光ファイバとの整合に優れた安定な光回路を構成できるからであるが、これに限定されるものではなく、例えば半導体光導波路やフォトニック結晶等の他の光導波路を用いてもよい。
【0016】
図1において、シリコン基板10上には、入力用チャネル光導波路11、導波路型偏波分離素子12、一対の光遅延線を構成する固定遅延線13および可変遅延線14、光減衰器15、導波路型偏波合成素子16、出力用チャネル光導波路17が順次配置される。なお、可変遅延線14は、短い経路と長い経路のいずれかを選択するパーツをいくつか組み合わせて任意の遅延量を設定できる構成である。
【0017】
入力用チャネル光導波路11には導波路型偏波分離素子12の入力ポートAが光学的に接続される。導波路型偏波分離素子12の第1の出力ポートB1 には固定遅延線13の入力ポートCが光学的に接続され、第2の出力ポートB2 には可変遅延線14の入力ポートDが光学的に接続される。固定遅延線13の出力ポートEには、光減衰器15を介して導波路型偏波合成素子16の第1の入力ポートF1 が光学的に接続される。可変遅延線14の出力ポートGには、導波路型偏波合成素子16の第2の入力ポートF2 が光学的に接続される。導波路型偏波分離素子16の出力ポートHには、出力用チャネル光導波路17が光学的に接続される。
【0018】
ここで、本発明の偏波分散補償回路を可変遅延線14、固定遅延線13および光減衰器15、導波路型偏波分離素子12および導波路型偏波合成素子16に分割し、それぞれの構成および機能について説明する。図2は、可変遅延線14の構成例を示す。図3は、固定遅延線13および光減衰器15の構成例を示す。図4は、導波路型偏波分離素子12の構成例を示す。なお、図2〜4はそれぞれ原理的な構成を示すものであり、図1の各部をそのまま抜き出したものではない。
【0019】
(可変遅延線14の構成)
図2に示す可変遅延線14は、N(正の整数:ここではN=7)組の光導波路対21a〜21gと、(N+1)個の2入力2出力光スイッチ22a〜22hから構成される。2入力2出力光スイッチ22aは、2つの光カプラ23a,24aと、それらを接続する2本の導波路アームからなるマッハツェンダ型干渉計構成をとり、一方(または両方)の導波路アーム上にTO移相器として動作する薄膜ヒータ25aが形成されている。他の2入力2出力光スイッチ22b〜22hについても同様である。
【0020】
第1の2入力2出力光スイッチ22aの一方の入力ポートは可変遅延線14の入力ポートDとなり、2つの出力ポートに光導波路対21aが接続される。光導波路対21aの他端には、第2の2入力2出力光スイッチ22bの2つの入力ポートが接続され、その2つの出力ポートには次の光導波路対21bが接続される。同様に、各組の光導波路対21a〜21gの前後に2入力2出力光スイッチ22a〜22hが接続され、各2入力2出力光スイッチの設定に応じて各組の光導波路対の短い光導波路または長い光導波路のいずれかが選択されるようになっている。第8の2入力2出力光スイッチ22hの一方の出力ポートは、可変遅延線14の出力ポートGとなる。
【0021】
また、各組の光導波路対21a〜21gは短い光導波路と長い光導波路が対になっており、その間の光路長差が、
ΔD,2ΔD,4ΔD,8ΔD,…,2N−1ΔD
のいずれかになるように設定されている。なお、各組の光導波路対21a〜21gの光路長差はこの順番に限らず、順番を入れ替えて配置してもよい。図1に示す実際の可変遅延線14では、回路全体のサイズを小さくするために、光路長差の順番を適当に入れ替えた配置になっている。
【0022】
このような構成の可変遅延線14の動作について説明する。ただし、2入力2出力光スイッチ22は、薄膜ヒータ25に電力を加えないときに入出力ポートが「スルー状態」となり、電力を加えたときに「クロス状態」になるものとする。なお、2入力2出力光スイッチには、薄膜ヒータ25に電力を加えないときに「クロス状態」となり、電力を加えたときに「スルー状態」になるものもある。
【0023】
すべての2入力2出力光スイッチ22a〜22hを「スルー状態」にすると、可変遅延線14の入力ポートDに入力された光信号は各組の光導波路対21a〜21gの短い光導波路を通過して出力ポートGへ至る。このときの可変遅延線全体での遅延量をDとする。次に、2入力2出力光スイッチ22c,22d,22f,22hを「クロス状態」とすると、光導波路対21c,21f,21gの長い光導波路を通過し、その他は短い光導波路を通過して出力ポートGへ至る。このときの可変遅延線全体の遅延量は、
+4ΔD+32ΔD+64ΔD=D+100ΔD
となる。このように、各2入力2出力光スイッチ22a〜22hを「スルー状態」または「クロス状態」に切り替えることにより、可変遅延線14の遅延量を一般にDからD+(2−1)ΔDまでΔD刻みで実現することができる。
【0024】
なお、以上の説明では、光スイッチとして石英系光導波路の熱光学効果を用いた2入力2出力光スイッチを示した。これは、この組み合わせが消光比に優れた安定な光スイッチを実現できるからであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体光スイッチやマイクロメカニカルスイッチ等の他の光スイッチを用いてもよい。
【0025】
(固定遅延線13および光減衰器15の構成)
図3に示す固定遅延線13は、図2の可変遅延線14の各2入力2出力光スイッチ22a〜22hおよび各光導波路対21a〜21gの短い光導波路に沿って配置される。この場合には、固定遅延線13の全体の光遅延量は、可変遅延線14が与えうる最小の遅延量Dになる。したがって、可変遅延線14では、固定遅延線13の遅延量を基準にそれより大きい遅延を与えることになる。
【0026】
なお、図1の構成における固定遅延線13は、可変遅延線14の短い光導波路または長い光導波路のいずれかに沿って配置されるので、固定遅延線13の遅延量は可変遅延線14の最小遅延量Dより大きくなる。したがって、可変遅延線14では、固定遅延線13の遅延量を基準にそれより大小の遅延を与えることができる。ただし、図1の構成では、固定遅延線13の遅延量が可変遅延線14の最小遅延量Dと等しくなるように、可変遅延線14の出力ポートGの直前に調整部分Iが設けられている。
【0027】
光減衰器15は、可変遅延線14の光スイッチなどによる損失と同じだけの損失を固定遅延線13に与えるものであり、固定遅延線13の出力ポートEに接続される。光減衰器15としては、ここでは2つの光カプラ23i,24iと、それらを接続する2本の導波路アームからなるマッハツェンダ型干渉計構成をとり、一方(または両方)の導波路アーム上にTO移相器として動作する薄膜ヒータ25iを形成して減衰量可変としている。ただし、光減衰器15はこれに限定されるものではなく、半導体光ゲートや機械式減衰器などを用いてもよい。
【0028】
(導波路型偏波分離素子12および導波路型偏波合成素子16の構成)
導波路型偏波分離素子12と導波路型偏波合成素子16は可逆の構成であるので、以下導波路型偏波分離素子12について説明する。図4に示す導波路型偏波分離素子12は、2入力2出力の2つの光カプラ31,32と、それらを接続する2本のアーム導波路33a,33bと、両アーム導波路33a,33b上に形成される薄膜ヒータ34a,34bと、一方のアーム導波路33a上に形成される応力付与膜としてのアモルファスシリコン薄膜35とにより構成される。アモルファスシリコン薄膜35は、レーザ照射(いわゆるレーザトリミング)等の手法でアモルファスシリコン間の結合を切れるので、応力量を調整できる利点をもつ(参考文献:M.Okuno et al.,”Birefringence control of silica waveguides on Si and its application to a polarization−beam splitter/switch”, IEEE J.Lightwave Technol., Vol.12, No.4, pp.625−633, 1994)。
【0029】
光カプラ31の一方の入力ポートは導波路型偏波分離素子12の入力ポートAとなり、光カプラ32の2つの出力ポートは導波路型偏波分離素子12の出力ポートB1,B2 となる。アモルファスシリコン薄膜35による応力誘起によりアーム導波路33aの複屈折を調整し、さらに薄膜ヒータ34a,34bを調整し、一対のアーム導波路33a,33bにおけるTM光の位相回転差を(2m+1)π、TE光の位相回転差を2mπとなるようにする(mは整数)。このとき、入力ポートAから入力された光信号のうち、TM光は出力ポートB1 から出力され、TE光は出力ポートB2 から出力され、互いに偏波分離される。導波路型偏波合成素子16は、導波路型偏波分離素子12と逆の経路により偏波合成して出力する構成となる。
【0030】
なお、ここでは導波路型偏波分離素子として、アモルファスシリコン薄膜と石英系光導波路によるマッハツェンダ型干渉計を用いた構成を示したが、これに限定されるものではなく、例えば溝による応力開放を利用した石英系光導波路によるマッハツェンダ型干渉計、あるいはフォトニック結晶を用いた偏波分離素子を用いてもよい。
【0031】
(偏波分散補償回路の動作)
以上の構成に基づく偏波分散補償回路の動作について説明する。光伝送路を伝搬した光信号パルスは、光伝送路のもつ偏波分散特性により2つに分離する。ここで、光伝送路の偏波依存性損失が無視できるときには、一方の光パルスの偏波状態がV1であれば、他方の光パルスの偏波状態はこれと直交するV2で与えられる。
【0032】
分離した光パルスは、光伝送路の固有偏波状態の遅れた方(ここではV1とする)がTM光となり、他方(ここではV2とする)がTE光となるように、図外の偏波コントローラで調整され、図1の入力用チャネル光導波路11を介して導波路型偏波分離素子12に入力される。導波路型偏波分離素子12に入力された光パルスのうち、遅れた光パルス(TM光)は固定遅延線13に導かれ、進んだ光パルス(TE光)は可変遅延線14に導かれる。
【0033】
上述したように、可変遅延線14を構成する2入力2出力光スイッチ(図2の22a〜22h)の動作状態を制御することにより、可変遅延線14に設定される遅延量を変えることができる。したがって、固定遅延線13の遅延量と可変遅延線14の遅延量の差が、分離した2つの光パルスの遅延差にほぼ等しくなるように設定すれば、導波路型偏波合成素子16で合波される2つの光パルスの遅延差がほぼ0となり、元の光パルス波形に復元される。
【0034】
また、可変遅延線14では、複数の2入力2出力光スイッチ(図2の22a〜22h)を有するので、一般に固定遅延線13よりも損失が大きくなる。そこで、固定遅延線13に接続された光減衰器15の減衰量を調整し、固定遅延線13と可変遅延線14の損失を同じくする。
【0035】
(偏波分散補償回路の作製)
本発明の偏波分散補償回路の作製は、石英系光導波路を用いて行った。まず、シリコン基板上に火炎堆積法によりSiO下部クラッド層を堆積し、次にGeOをドーパントとして添加したSiOガラスのコア層を堆積した後に、電気炉で透明ガラス化した。次に、図1のようなパターンを用いてコア層をエッチングしてコア部を作製した。続いて、所定の光導波路上に薄膜ヒータ、電気配線、アモルファスシリコン薄膜を蒸着した。最後に、光導波路にレーザを照射して残留応力を開放した。なお、可変遅延線14は、単位遅延量を1psec とし、段数を7段として遅延量を0〜127 psec まで変化できるように設計した。
【0036】
図5は、作製した偏波分散補償回路に偏波分散により分離した光パルスを入力したときの特性例を示す。光パルスの元の半値全幅は 100psec である。ただし、偏波分散補償回路に入力する前に、偏波コントローラにより調整して光伝送路の2つの固有偏波状態をTE光とTM光に変換する。
【0037】
図5(a) は、偏波分散補償回路に入力時の光パルス波形であり、光伝送路の偏波分散により光パルスが2つに分離している。この分離量は約 120psec である。図5(b) は、本発明の偏波分散補償回路により、固定遅延線と可変遅延線の遅延差が 120psec となるように設定したときの出力光パルス波形である。例えば図2の構成において、2入力2出力光スイッチ22a,22b,22c,22e,22f,22gを「スルー状態」とし、2入力2出力光スイッチ22d,22hを「クロス状態」とする。これにより、光パルスの分離による波形劣化が補償される。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、主要部材を光導波路によって構成することができるので、小型で信頼性に優れた偏波分散補償回路を実現することができる。このような本発明の偏波分散補償回路と従来の光ファイバ伝送路と組み合わせることにより、高速な光信号伝送が可能となり、通信品質の向上と経済性を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の偏波分散補償回路の実施形態を示す図。
【図2】可変遅延線14の構成例を示す図。
【図3】固定遅延線13および光減衰器15の構成例を示す図。
【図4】導波路型偏波分離素子12の構成例を示す図。
【図5】偏波分散補償回路の特性例を示す図。
【図6】従来の偏波分散補償回路の構成例を示す図。
【符号の説明】
10 シリコン基板
11 入力用チャネル光導波路
12 導波路型偏波分離素子
13 固定遅延線
14 可変遅延線
15 光減衰器
16 導波路型偏波合成素子
17 出力用チャネル光導波路
21 光導波路対
22 2入力2出力光スイッチ
23,24 光カプラ
25 薄膜ヒータ
31,32 光カプラ
33 アーム導波路
34 薄膜ヒータ
35 アモルファスシリコン薄膜
101 入力ポート
102,104 偏光プリズム
103 機械的可動鏡
105 出力ポート
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization dispersion compensation circuit that shapes optical signal distortion caused by polarization dispersion in an optical transmission line (optical fiber).
[0002]
Here, polarization mode dispersion (PMD) of the optical fiber is a phenomenon in which the propagation speed changes depending on the polarization state of the optical signal due to the birefringence of the optical fiber, and this is a factor of optical signal distortion. It has become one of
[0003]
[Prior art]
With the development of optical communication, there is an increasing demand for transmitting high-speed optical signals to existing optical fibers. However, since existing optical fibers have relatively high polarization dispersion, optical signal distortion when a high-speed optical signal is propagated becomes a serious problem.
[0004]
As a polarization dispersion compensation circuit for solving this problem, a circuit using two polarization prisms (polarization beam splitter) and a mechanical movable mirror is known (reference: F. Heismann et al., “AUTOMATIC”). COMPENSATION OF FIRST-ORSER POLARIZATION MODE DISPERSION IN A 10 Gb / s TRANSMISSION SYSTEM ", WdC11, ECOC '98, 1998).
[0005]
FIG. 6 shows a configuration example of a conventional polarization dispersion compensation circuit described in the above-mentioned document. In the figure, the optical signal input from the input port 101 is input to the first polarizing prism 102. Here, the TM light delayed in the optical transmission path is output to a port that travels straight, and the advanced TE light is output to a port that is orthogonal to perform polarization separation. The TE light is input to the second polarizing prism 104 via the mechanical movable mirror 103 including two reflecting mirrors, and is combined with the TM light that is directly input and is output to the output port 105 after being subjected to polarization synthesis. By moving the mechanical movable mirror 103, the optical path length in which TE light propagates spatially changes, and the amount of delay between the TE light and TM light is adjusted to perform polarization dispersion compensation.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional polarization dispersion compensation circuit has the following problems.
First, since the mechanical movable mirror 103 is provided, it is not reliable. Polarization dispersion has a characteristic that fluctuates greatly in time. However, in the conventional polarization dispersion compensation circuit, it is necessary to move the mechanical movable mirror 103 in order to follow the fluctuation of polarization dispersion, and long-term stability is improved. It becomes a problem.
[0007]
Secondly, since the optical system is spatially configured, strict accuracy is required for the position of each component (102, 103, 104). In particular, in the conventional polarization dispersion compensation circuit, extremely strict positional accuracy is required so that the optical coupling amount does not change even when the mechanical movable mirror 103 is moved.
[0008]
Third, since the conventional polarization dispersion compensation circuit has a configuration in which individual parts are combined and a configuration using a movable member including the mechanical movable mirror 103, there is a limit to downsizing.
[0009]
An object of the present invention is to provide a waveguide-type polarization dispersion compensation circuit that is small and excellent in reliability without using a movable member.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The polarization dispersion compensation circuit of the present invention includes a waveguide-type polarization separation unit that separates input light into two orthogonal polarization components and outputs them to two output ports on the substrate, and a waveguide-type polarization separation. A pair of optical delay lines connected to the two output ports of the means, and a waveguide-type polarization combining means for inputting two polarization components that have passed through the pair of optical delay lines, and combining and outputting the polarization components And a means for varying the delay amount in at least one of the pair of optical delay lines, and adjusting the delay amounts of the two separated polarization components and inputting them to the waveguide polarization combining means. That is, the pair of optical delay lines may be a combination of a fixed delay line and a variable delay line, or a combination of a variable delay line and a variable delay line.
[0011]
The means for varying the delay amount of the optical delay line is such that when N is a positive integer, (N + 1) 2-input 2-output optical switches and N pairs of optical waveguides having different optical path lengths are alternately connected. One input port of the first-stage 2-input 2-output optical switch is used as an input port for the optical delay line, and one output port of the 2-stage 2-input optical switch at the last stage is used as an output port for the optical delay line. By setting the input / output ports of the two-output optical switch to the through state or the cross state, one of the optical waveguide pairs in each pair is selected to vary the delay amount.
[0012]
Further, the optical path length differences of the N optical waveguide pairs forming the variable delay line are configured to have a factorial ratio of 2 such as 1: 2: 4: 8:...: 2 N−1. Thus, a delay amount that is 1 to 2 N -1 times the unit delay amount can be freely selected in N stages.
[0013]
An optical attenuator for adjusting the intensity of the optical signal may be connected to at least one of the pair of optical delay lines. The optical attenuator is for adjusting the loss of a pair of optical delay lines (for example, a fixed delay line and a variable delay line) to be the same.
[0014]
The waveguide-type polarization separating means and the waveguide-type polarization combining means comprise two optical couplers with two inputs and two outputs, and two waveguide arms that connect them. It is the structure which formed the means to adjust refraction. The means for adjusting the birefringence may be formed of a stress applying film.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of a polarization dispersion compensation circuit of the present invention. Here, an example in which a silica-based optical waveguide formed on a silicon substrate is used will be described. This is because the silica-based optical waveguide can constitute a stable optical circuit excellent in matching with an optical fiber, but is not limited to this, for example, other optical waveguides such as a semiconductor optical waveguide and a photonic crystal. May be used.
[0016]
In FIG. 1, on a silicon substrate 10, an input channel optical waveguide 11, a waveguide-type polarization separation element 12, a fixed delay line 13 and a variable delay line 14 constituting a pair of optical delay lines, an optical attenuator 15, A waveguide-type polarization beam combiner 16 and an output channel optical waveguide 17 are sequentially arranged. The variable delay line 14 is configured to be able to set an arbitrary delay amount by combining several parts for selecting either a short path or a long path.
[0017]
The input port A of the waveguide type polarization separation element 12 is optically connected to the input channel optical waveguide 11. The input port C of the fixed delay line 13 is optically connected to the first output port B1 of the waveguide type polarization separation element 12, and the input port D of the variable delay line 14 is optically connected to the second output port B2. Connected. The first input port F 1 of the waveguide polarization synthesizer 16 is optically connected to the output port E of the fixed delay line 13 via the optical attenuator 15. The output port G of the variable delay line 14 is optically connected to the second input port F2 of the waveguide type polarization beam combiner 16. An output channel optical waveguide 17 is optically connected to the output port H of the waveguide type polarization separation element 16.
[0018]
Here, the polarization dispersion compensation circuit of the present invention is divided into a variable delay line 14, a fixed delay line 13 and an optical attenuator 15, a waveguide polarization separation element 12, and a waveguide polarization synthesis element 16, and The configuration and function will be described. FIG. 2 shows a configuration example of the variable delay line 14. FIG. 3 shows a configuration example of the fixed delay line 13 and the optical attenuator 15. FIG. 4 shows a configuration example of the waveguide type polarization separation element 12. 2 to 4 each show a basic configuration, and each part of FIG. 1 is not extracted as it is.
[0019]
(Configuration of variable delay line 14)
The variable delay line 14 shown in FIG. 2 includes N (positive integer: N = 7 here) optical waveguide pairs 21a to 21g and (N + 1) two-input two-output optical switches 22a to 22h. . The 2-input 2-output optical switch 22a has a Mach-Zehnder interferometer configuration including two optical couplers 23a, 24a and two waveguide arms connecting the optical couplers 23a, 24a. A thin film heater 25a that operates as a phase shifter is formed. The same applies to the other 2-input 2-output optical switches 22b to 22h.
[0020]
One input port of the first 2-input 2-output optical switch 22a is the input port D of the variable delay line 14, and the optical waveguide pair 21a is connected to the two output ports. Two input ports of the second 2-input 2-output optical switch 22b are connected to the other end of the optical waveguide pair 21a, and the next optical waveguide pair 21b is connected to the two output ports. Similarly, two-input two-output optical switches 22a-22h are connected before and after each pair of optical waveguide pairs 21a-21g, and the short optical waveguide of each pair of optical waveguides is set according to the setting of each two-input two-output optical switch. Alternatively, one of the long optical waveguides is selected. One output port of the eighth 2-input 2-output optical switch 22 h is the output port G of the variable delay line 14.
[0021]
Each pair of optical waveguides 21a to 21g is a pair of a short optical waveguide and a long optical waveguide, and the optical path length difference between them is
ΔD, 2ΔD, 4ΔD, 8ΔD, ..., 2 N-1 ΔD
It is set to be either. The optical path length difference between each pair of optical waveguides 21a to 21g is not limited to this order, and the order may be changed. The actual variable delay line 14 shown in FIG. 1 has an arrangement in which the order of the optical path length differences is appropriately changed in order to reduce the size of the entire circuit.
[0022]
The operation of the variable delay line 14 having such a configuration will be described. However, the input / output port of the 2-input 2-output optical switch 22 is “through state” when no power is applied to the thin film heater 25 and “cross state” when power is applied. Some 2-input 2-output optical switches are in a “cross state” when power is not applied to the thin film heater 25 and are in a “through state” when power is applied.
[0023]
When all the 2-input 2-output optical switches 22a to 22h are set to the "through state", the optical signal input to the input port D of the variable delay line 14 passes through the short optical waveguides of the optical waveguide pairs 21a to 21g of each set. To output port G. The delay amount of the entire variable delay line at this time is D 0. Next, when the 2-input 2-output optical switches 22c, 22d, 22f, and 22h are set to the “cross state”, the light passes through the long optical waveguides of the optical waveguide pairs 21c, 21f, and 21g, and the others pass through the short optical waveguides for output. To port G. The delay amount of the entire variable delay line at this time is
D 0 + 4ΔD + 32ΔD + 64ΔD = D 0 + 100ΔD
It becomes. In this way, by switching the respective two inputs and two output optical switch 22a~22h the "through state" or the "cross state", D 0 + a delay amount of the variable delay line 14 from the generally D 0 (2 N -1) It can be realized in increments of ΔD up to ΔD.
[0024]
In the above description, a 2-input 2-output optical switch using the thermo-optic effect of a silica-based optical waveguide is shown as the optical switch. This is because this combination can realize a stable optical switch with an excellent extinction ratio, but the present invention is not limited to this, and other optical switches such as a semiconductor optical switch and a micromechanical switch are used. May be.
[0025]
(Configuration of Fixed Delay Line 13 and Optical Attenuator 15)
The fixed delay line 13 shown in FIG. 3 is disposed along the short optical waveguides of the two-input two-output optical switches 22a to 22h and the optical waveguide pairs 21a to 21g of the variable delay line 14 of FIG. In this case, the total optical delay amount of the fixed delay line 13 becomes the minimum delay amount D 0 that the variable delay line 14 can provide. Therefore, the variable delay line 14 gives a larger delay with reference to the delay amount of the fixed delay line 13.
[0026]
Since the fixed delay line 13 in the configuration of FIG. 1 is arranged along either the short optical waveguide or the long optical waveguide of the variable delay line 14, the delay amount of the fixed delay line 13 is the minimum of the variable delay line 14. It becomes larger than the amount of delay D 0. Therefore, the variable delay line 14 can give a larger or smaller delay based on the delay amount of the fixed delay line 13. However, in the configuration of FIG. 1, the adjustment portion I is provided immediately before the output port G of the variable delay line 14 so that the delay amount of the fixed delay line 13 is equal to the minimum delay amount D 0 of the variable delay line 14. Yes.
[0027]
The optical attenuator 15 gives the fixed delay line 13 the same loss as that caused by the optical switch of the variable delay line 14 and is connected to the output port E of the fixed delay line 13. Here, the optical attenuator 15 has a Mach-Zehnder type interferometer configuration including two optical couplers 23i and 24i and two waveguide arms connecting them, and TO (or both) TO arms are placed on one (or both) waveguide arms. A thin film heater 25i that operates as a phase shifter is formed to make the attenuation variable. However, the optical attenuator 15 is not limited to this, and a semiconductor optical gate or a mechanical attenuator may be used.
[0028]
(Configuration of Waveguide Type Polarization Separation Element 12 and Waveguide Type Polarization Combining Element 16)
Since the waveguide-type polarization separation element 12 and the waveguide-type polarization combination element 16 have reversible configurations, the waveguide-type polarization separation element 12 will be described below. The waveguide type polarization separation element 12 shown in FIG. 4 includes two optical couplers 31 and 32 having two inputs and two outputs, two arm waveguides 33a and 33b for connecting them, and both arm waveguides 33a and 33b. The thin film heaters 34a and 34b formed on the upper surface and the amorphous silicon thin film 35 as a stress applying film formed on the one arm waveguide 33a. The amorphous silicon thin film 35 has an advantage that the amount of stress can be adjusted because the bond between the amorphous silicons is broken by a technique such as laser irradiation (so-called laser trimming) (reference: M. Okuno et al., “Birefrenceence control of silicon”). waveguides on Si and its application to a polarization-beam splitter / switch ", IEEE J. Lightwave Technology., Vol. 12, No. 4, pp. 625-633, 19).
[0029]
One input port of the optical coupler 31 becomes the input port A of the waveguide type polarization separation element 12, and two output ports of the optical coupler 32 become the output ports B 1 and B 2 of the waveguide type polarization separation element 12. The birefringence of the arm waveguide 33a is adjusted by stress induction by the amorphous silicon thin film 35, the thin film heaters 34a and 34b are adjusted, and the phase rotation difference of the TM light in the pair of arm waveguides 33a and 33b is (2m + 1) π, The phase rotation difference of TE light is set to 2 mπ (m is an integer). At this time, among the optical signals input from the input port A, the TM light is output from the output port B1, and the TE light is output from the output port B2, and is polarized and separated from each other. The waveguide polarization combining element 16 is configured to combine the polarization through a path opposite to the waveguide polarization separating element 12 and output the result.
[0030]
In this example, a configuration using a Mach-Zehnder interferometer with an amorphous silicon thin film and a silica-based optical waveguide is shown as the waveguide-type polarization separation element. However, the configuration is not limited to this, and for example, stress release by a groove is performed. A Mach-Zehnder interferometer using a silica-based optical waveguide or a polarization separation element using a photonic crystal may be used.
[0031]
(Operation of polarization dispersion compensation circuit)
The operation of the polarization dispersion compensation circuit based on the above configuration will be described. The optical signal pulse propagated through the optical transmission line is separated into two by the polarization dispersion characteristic of the optical transmission line. Here, when the polarization-dependent loss of the optical transmission line can be ignored, if the polarization state of one optical pulse is V1, the polarization state of the other optical pulse is given by V2 orthogonal thereto.
[0032]
The separated optical pulse has a polarization that is not shown in the figure so that the delayed one of the intrinsic polarization state of the optical transmission line (here, V1) is TM light and the other (here, V2) is TE light. It is adjusted by the wave controller, and is input to the waveguide type polarization separation element 12 via the input channel optical waveguide 11 of FIG. Of the optical pulses input to the waveguide polarization separator 12, the delayed optical pulse (TM light) is guided to the fixed delay line 13, and the advanced optical pulse (TE light) is guided to the variable delay line 14. .
[0033]
As described above, the delay amount set in the variable delay line 14 can be changed by controlling the operation state of the two-input two-output optical switches (22a to 22h in FIG. 2) constituting the variable delay line 14. . Therefore, if the difference between the delay amount of the fixed delay line 13 and the delay amount of the variable delay line 14 is set to be approximately equal to the delay difference between the two separated optical pulses, the waveguide-type polarization beam combiner 16 can combine them. The delay difference between the two optical pulses to be waved is almost zero, and the original optical pulse waveform is restored.
[0034]
Further, since the variable delay line 14 has a plurality of two-input two-output optical switches (22a to 22h in FIG. 2), the loss is generally larger than that of the fixed delay line 13. Therefore, the attenuation amount of the optical attenuator 15 connected to the fixed delay line 13 is adjusted so that the losses of the fixed delay line 13 and the variable delay line 14 are the same.
[0035]
(Production of polarization dispersion compensation circuit)
The polarization dispersion compensation circuit of the present invention was manufactured using a silica-based optical waveguide. First, a SiO 2 lower cladding layer was deposited on a silicon substrate by a flame deposition method, and then a SiO 2 glass core layer to which GeO 2 was added as a dopant was deposited, followed by transparent vitrification in an electric furnace. Next, the core layer was fabricated by etching the core layer using the pattern as shown in FIG. Subsequently, a thin film heater, electrical wiring, and an amorphous silicon thin film were deposited on a predetermined optical waveguide. Finally, the residual stress was released by irradiating the optical waveguide with laser. The variable delay line 14 is designed so that the unit delay amount is 1 psec, the number of stages is 7, and the delay amount can be changed from 0 to 127 psec.
[0036]
FIG. 5 shows an example of characteristics when an optical pulse separated by polarization dispersion is input to the produced polarization dispersion compensation circuit. The original full width at half maximum of the optical pulse is 100 psec. However, before the input to the polarization dispersion compensation circuit, the two intrinsic polarization states of the optical transmission line are converted into TE light and TM light by adjusting with the polarization controller.
[0037]
FIG. 5A shows an optical pulse waveform at the time of input to the polarization dispersion compensation circuit, and the optical pulse is separated into two by the polarization dispersion of the optical transmission line. The amount of separation is about 120 psec. FIG. 5B shows an output optical pulse waveform when the delay difference between the fixed delay line and the variable delay line is set to 120 psec by the polarization dispersion compensation circuit of the present invention. For example, in the configuration of FIG. 2, the 2-input 2-output optical switches 22a, 22b, 22c, 22e, 22f, 22g are set to the “through state”, and the 2-input 2-output optical switches 22d, 22h are set to the “cross state”. Thereby, the waveform deterioration due to the separation of the optical pulse is compensated.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the main member can be constituted by the optical waveguide, it is possible to realize a polarization dispersion compensation circuit that is small in size and excellent in reliability. By combining such a polarization dispersion compensation circuit of the present invention and a conventional optical fiber transmission line, high-speed optical signal transmission is possible, and communication quality can be improved and economy can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a polarization dispersion compensation circuit of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a variable delay line 14;
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a fixed delay line 13 and an optical attenuator 15;
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a waveguide polarization separating element 12;
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of characteristics of a polarization dispersion compensation circuit.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional polarization dispersion compensation circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Silicon substrate 11 Input channel optical waveguide 12 Waveguide-type polarization separation element 13 Fixed delay line 14 Variable delay line 15 Optical attenuator 16 Waveguide-type polarization combiner 17 Output channel optical waveguide 21 Optical waveguide pair 22 2 inputs 2-output optical switches 23 and 24 Optical coupler 25 Thin film heaters 31 and 32 Optical coupler 33 Arm waveguide 34 Thin film heater 35 Amorphous silicon thin film 101 Input ports 102 and 104 Polarizing prism 103 Mechanical movable mirror 105 Output port

Claims (6)

基板上に、
入力光を直交する2つの偏波成分に分離して2つの出力ポートに出力する導波路型偏波分離手段と、
前記導波路型偏波分離手段の2つの出力ポートに接続される一対の光遅延線と、
前記一対の光遅延線を通過した2つの偏波成分を入力し、偏波合成して出力する導波路型偏波合成手段とを備え、
前記一対の光遅延線の少なくとも一方に遅延量を可変する手段を有し、分離した2つの偏波成分の遅延量を調整して前記導波路型偏波合成手段に入力する構成であり、
前記光遅延線の遅延量を可変する手段は、Nを正の整数としたときに、(N+1)個の2入力2出力光スイッチと、N組の長さの異なる光導波路対とを交互に接続し、初段の2入力2出力光スイッチの一方の入力ポートを光遅延線の入力ポートとし、最終段の2入力2出力光スイッチの一方の出力ポートを光遅延線の出力ポートとし、各2入力2出力光スイッチの入出力ポート間をスルー状態またはクロス状態に設定することにより各組の光導波路対のいずれか一方の光導波路を選択して遅延量を可変させる構成であることを特徴とする偏波分散補償回路。
On the board
Waveguide-type polarization separation means for separating input light into two orthogonal polarization components and outputting them to two output ports;
A pair of optical delay lines connected to the two output ports of the waveguide polarization separator;
Waveguide-type polarization beam combining means for inputting the two polarization components that have passed through the pair of optical delay lines, and combining and outputting the polarization components;
And means for varying the delay amount to at least one of the pair of optical delay lines, Ri configuration der to adjust the delay amounts of the two polarization components separated input into the waveguide-type polarization combining means,
The means for varying the delay amount of the optical delay line is such that when N is a positive integer, (N + 1) 2-input 2-output optical switches and N pairs of optical waveguides having different lengths are alternately arranged. One input port of the first-stage 2-input 2-output optical switch is used as an input port of the optical delay line, and one output port of the 2-input 2-output optical switch of the last stage is used as an output port of the optical delay line. wherein configuration der Rukoto which selects either one of the optical waveguides of each pair of optical waveguide pairs varying the delay amount by setting the input and output ports of the input 2-output optical switches into the through state or the cross state Polarization dispersion compensation circuit.
前記N組の光導波路対の各光路長差が、1:2:4:8:…:2N-1 のように2の階乗の比になっていることを特徴とする請求項1に記載の偏波分散補償回路。2. The optical path length difference of the N optical waveguide pairs is a factorial ratio of 2 such as 1: 2: 4: 8:...: 2 N−1. The polarization dispersion compensation circuit described. 前記一対の光遅延線の少なくとも一方に光信号の強度を調整する光減衰器を接続したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の偏波分散補償回路。The polarization dispersion compensation circuit according to claim 1, wherein an optical attenuator for adjusting the intensity of an optical signal is connected to at least one of the pair of optical delay lines. 前記導波路型偏波分離手段および前記導波路型偏波合成手段は、2入力2出力の2つの光カプラと、これらを接続する2本の導波路アームとを備え、一方の導波路アーム上に複屈折を調整する手段を形成した構成であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の偏波分散補償回路。The waveguide-type polarization separation unit and the waveguide-type polarization combination unit each include two optical couplers with two inputs and two outputs, and two waveguide arms that connect the two optical couplers. The polarization dispersion compensation circuit according to claim 1, wherein means for adjusting birefringence is formed on the polarization dispersion compensation circuit. 前記複屈折を調整する手段は応力付与膜であることを特徴とする請求項4に記載の偏波分散補償回路。The polarization dispersion compensation circuit according to claim 4, wherein the means for adjusting the birefringence is a stress applying film. 偏波分散補償回路を構成する光導波路が石英系導波路であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の偏波分散補償回路。6. The polarization dispersion compensating circuit according to claim 1, wherein the optical waveguide constituting the polarization dispersion compensating circuit is a silica-based waveguide.
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