JP5006933B2 - 光遅延干渉回路 - Google Patents
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Description
図1は、DPSK復調回路を構成する光遅延干渉回路の基本的構成を示す図である。以下、2値の信号位相点を持つDBPSKを例として、光遅延干渉回路の動作を説明する。光遅延干渉回路1は、1つのマッハツェンダ干渉計により構成される。すなわち、光遅延干渉回路1は、入力側に第1の入力導波路2と、入力導波路2に接続された光スプリッタ3を、出力側に、第1の出力導波路6および第2の出力導波路7と、各出力導波路に接続された光結合器10とを持つ。光スプリッタ3および光結合器10は、長さの異なる2本の導波路、すなわち長尺アーム導波路4および短尺アーム導波路5で接続されている。第1の出力導波路6および第2の出力導波路7の出力端には、差動受光部を構成するフォトダイオード(Photodiode、以下PDという)対8a、8bが配置されている。
図2は、従来技術のDQPSK用光遅延干渉回路を示す構成図である。特許文献1を参照すれば、従来技術として最も基本的な光遅延干渉回路は、あらかじめ光スプリッタにより分岐したDQPSK光信号を、それぞれを異なる2つのマッハツェンダ干渉回路に入力する構成を持つ。具体的には、光スプリッタ23によって分岐されたDQPSK光信号の一方は、光スプリッタ3aから導波路対4a、5aを経てPD対8a、8bに至る第1の光遅延干渉回路へ入力される。他方は、光スプリッタ3bから導波路対4b、5bを経てPD対8c、8dに至る第2のマッハツェンダ干渉回路へ入力される。2つのマッハツェンダ干渉回路はそれぞれ光遅延部9a、9bが含まれ、1シンボル分の遅延を持つ。さらに、一方の光遅延部9aにはπ/2位相推移部12が備えられている。
図3は、別の従来技術のDQPSK用光遅延干渉回路を示す構成図である。この構成においては、1つの光遅延部を利用して、実質的に2つのマッハツェンダ干渉回路を構成する方法が提案されている。具体的には、光スプリッタ3により2分岐されたDQPSK光信号は、長尺アーム導波路4、短尺アーム導波路5の導波路対へ入力される。長尺アーム導波路4には光遅延部9が設けられる。各導波路4、5からの光信号は、それぞれ光スプリッタ13b、13aによってさらに2分岐される。2分岐された光信号は、再び2つの光結合器10aおよび光結合器10bにより合波され、干渉する。光結合器10aおよび光結合器10bからの干渉光は、それぞれ出力導波路6a、7aおよび出力導波路6b、7bを経由して、2つの差動受光部8a、8bへ与えられる(特許文献1を参照)。光結合器10aおよび光結合器10bのそれぞれから出力される2つの光信号を差動復調することによって、DQPSK光信号を復調できる。
λ0=n×ΔL/k 式(1)
ここで、nは長尺アーム導波路の実効屈折率、ΔLは長尺アーム導波路と短尺アーム導波路の経路長差、kは自然数である。マッハツェンダ干渉計に入力した光信号の波長がλ0の場合、2本の出力導波路のうちの1本の出力導波路から出力される光信号の透過率が最大となる一方、他の出力導波路から出力される光信号の透過率は最小となる。
図4Aは、DPSK復調回路を構成する光遅延干渉回路において、マッハツェンダ干渉計の透過波長λ0を温度無依存化した構成の一例を示す図である。本従来技術の構成では、長尺アーム導波路4を横切る溝14が形成されており、溝14には温度補償材料が充填されている。短尺アーム導波路5には、実効屈折率の微調整機能部15が配置されている。
Δλ0=((ΔL−W)×dn/dT+W×dn´/dT)×ΔT/k 式(2)
ここで、Wは、図4Bで示した分割形成された溝14における各溝の幅wの総和を示す。マッハツェンダ干渉計の温度依存性を解消するためには、((ΔL−W)×dn/dT+W×dn´/dT)=0となるように、Wを設計すれば良い。しかしながら、溝14を形成する工程、すなわち光遅延干渉回路の製造プロセスにおいてオーバークラッド層を堆積させた後に一部のクラッドおよびコアを除去する工程では、溝幅wに製造誤差が生じる。溝幅wに関して製造誤差が生じた場合、異なるマッハツェンダ干渉計間で、温度依存性の補償量に不整合が生じる。具体的には、従来技術2に示したような構成のDQPSK復調回路、さらにそれ以上の多値変調用のDPSK復調回路の構成では、各マッハツェンダ干渉計内に溝14を配置しても、すべてのマッハツェンダ干渉計の透過波長λ0の温度依存性を、同一に低減させることは困難である。
干渉する2つの偏波結合光が除去されるための条件は、次の2条件である。
条件α: 2つの偏波結合光の強度を等しくする。
条件β: 2つの偏波結合光の位相差を180度の奇数倍にする。
以下、ヒータが配置された導波路で発生する偏波結合光を除去し、PDf劣化を防ぐ方法について具体的に説明する。
φ=180×4×d×BW/λ 式(3)
半波長板30が2つのヒータの中間点にある場合(Xの位置、z=0)に位相差は0度となり、dが増加すれば位相差も増加する。
d=(2t+1)×Lb/4 式(4)
上式において、Lbは一般にビート長と呼ばれ、次式で定義される。
Lb=λ/BW 式(5)
ここで、注意すべき点は、式(4)からわかるように、条件βを満足する「ずらし距離|d|」は周期的に複数個所に存在することである。次に、1つの導波路上における偏波結合光の干渉の様子をさらに説明する。
z=Lb/4×(2t+1) 式(6)
式(6)の条件は、偏波結合光により劣化するPDfを抑制するための半波長板の配置位置条件である。
φ=180×4×d×BW/λ+180 式(7)
式(7)では、旋光子で発生する位相変化量180度が式(3)に加わっている。よって、旋光子を用いる場合、偏波結合によるPDf劣化を抑制できる偏波変換器の配置位置として、式(6)は次式となる。
z=Lb/4×(2t) 式(8)
図28は、図26に示した光遅延干渉回路において、線対称性の条件を変えて作製された回路群のPDf値を比較したヒストグラム図である。上述の回路構成の線対称性の有効性を検証するために、線対称性を考慮した回路群および考慮していない回路群の2種類を、それぞれ複数個作製して、PDf値を比較した。線対称性を考慮した回路群の構成は、図26と同一である。一方、比較のために作製した線対称性考慮していない回路群の構成は、図26においてヒータ25a、25bが光スプリッタ23の方向に1000μmずれた場所に配置された配置構成である。PDf値の比較は、使用波長域1530〜1570nmにおける最悪のPDf値で行った。
Claims (11)
- 入力変調光信号を分岐する光スプリッタと、
前記光スプリッタにより2つに分岐された光信号が入力され、それぞれN個の分岐出力光を出力する第1の光分岐手段および第2の光分岐手段と、
前記第1の分岐手段に接続され、前記第1の分岐手段からのN個の第1の分岐出力光がそれぞれ伝播するN本の短尺アーム導波路と、
前記第2の分岐手段に接続され、前記第2の分岐手段からのN個の第2の分岐出力光がそれぞれ伝播するN本の長尺アーム導波路と、
前記N本の短尺アーム導波路を伝播する前記N個の第1の分岐出力光の1つと、前記N本の長尺アーム導波路を伝播し前記N個の第1の分岐出力光の前記1つに対応する前記N組の第2の分岐出力光の1つとをそれぞれ合成し干渉させるN個の光結合手段であって、前記光結合手段のそれぞれは2つの干渉出力光を出力し、各前記N個の光結合手段に対応するN個の干渉計回路を構成することと、
前記N個の光結合手段に接続され、前記2つの干渉出力光が伝播するN組の出力導波路対であって、前記N組の出力導波路対のそれぞれは第1の出力導波路および第2の出力導波路を有することと、
前記N本の短尺アーム導波路およびN本の長尺アーム導波路を横断して配置された偏波変換器であって、前記偏波変換器は、前記光スプリッタから前記短尺アーム導波路上の前記偏波変換器までの経路における複屈折の積分値と、前記光スプリッタから前記長尺アーム導波路上の前記偏波変換器までの経路における複屈折の積分値との差が、前記光スプリッタから前記短尺アーム導波路を経由して前記各光結合手段に至る全経路における複屈折の積分値と、前記光スプリッタから前記長尺アーム導波路を経由して前記光結合手段に至る全経路における複屈折の積分値との差の半分となる位置に設置され、TE偏波およびTM偏波を相互に変換することと、
前記長尺アーム導波路の前記偏波変換器の両側に配置された2つの光遅延部であって、前記2つの光遅延部は、前記光スプリッタから前記短尺アーム導波路を経由して前記各光結合手段に至る全経路ならびに前記光スプリッタから前記長尺アーム導波路を経由して前記光結合手段に至る全経路の間で、それぞれ前記入力変調光信号の0.5シンボル時間に相当する遅延時間を生じさせることと、
前記短尺アーム導波路の前記偏波変換器の両側または前記長尺アーム導波路の前記偏波変換器の両側の少なくともいずれかに配置され、前記偏波変換器の前後で同一の位相推移要素を有した位相推移部対であって、前記位相推移部対は、前記入力光変調信号のキャリア光周波数において前記N個の干渉計回路の光路長差がそれぞれお互いにπ/Nの位相差を持ち、前記N個の干渉計回路全体では光路長差がπ(N−1)/Nの位相差を持つように構成されていることと
を備えたことを特徴とする光遅延干渉回路。 - 前記N本の長尺アーム導波路または前記N本の短尺アーム導波路の少なくとも一方を横断しながら、前記少なくとも一方の導波路の各アーム導波路を構成するクラッドの一部およびコアの一部を除去して連続して形成された溝であって、前記溝は前記偏波変換器の両側に同一形状の溝が形成され、前記溝には前記各導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料が充填され、前記N個の干渉計回路の温度変化による損失スペクトルの波長方向の変動を補償すること
をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の光遅延干渉回路。 - 前記長尺アーム導波路の前記偏波変換器の両側もしくは前記短尺アーム導波路の前記偏波変換器の両側の少なくともいずれかに、前記遅延時間または前記位相推移要素により与えられる位相量を調整する微調整機能部を有し、各微調整機能部による前記遅延時間または前記位相量の調整量は前記偏波変換器の両側間で等しいことを特徴とする請求項1または2に記載の光遅延干渉回路。
- 前記偏波変換器は、90度旋光子、−90度旋光子または半波長板のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の光遅延干渉回路。
- 前記微調整機能部は、前記長尺アーム導波路上または前記短尺アーム導波路上に形成されたヒータであることを特徴とする請求項3に記載の光遅延干渉回路。
- 前記N組の出力導波路対から出力される前記2つの干渉出力光の到達時間を調整するスキュー調整部をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の光遅延干渉回路。
- 前記スキュー調整部は、前記長尺アーム導波路の前記偏波変換器の両側もしくは前記短尺アーム導波路の前記偏波変換器の両側の少なくともいずれかに、または、前記N組の出力導波路対の中の少なくとも1つの出力導波路対上に配置されたことを特徴とする請求項6に記載の光遅延干渉回路。
- 前記光スプリッタから前記短尺アーム導波路を経由して前記各光結合手段に至る全経路における複屈折の積分値をBとするとき、前記光スプリッタからの複屈折の積分値がB/2となる前記短尺アーム導波路上の点を含み、全アーム導波路に垂直な仮想対称線を中心として、
前記2つの光遅延部および位相推移部対の各回路構成要素が、1つの仮想対称線に対して線対称となるように回路形成され、
BWを導波路の複屈折、Lb=λ/BWをビート長、mを0以上の整数として、
前記偏波変換器が半波長板の場合は、mが奇数であって、前記仮想対称線から(Lb/4×m)だけ離れて配置され、
前記偏波変換器が90度旋光子または−90度旋光子の場合は、mが偶数であって、前記仮想対称線から(Lb/4×m)だけ離れて配置されること
を特徴とする請求項1に記載の光遅延干渉回路。 - 前記光スプリッタから前記短尺アーム導波路を経由して前記各光結合手段に至る全経路における複屈折の積分値をBとするとき、前記光スプリッタからの複屈折の積分値がB/2となる前記短尺アーム導波路上の点を含み、全アーム導波路に垂直な仮想対称線を中心として、
前記2つの光遅延部、位相推移部対および微調整機能部の各回路構成要素が、1つの仮想対称線に対して線対称となるように回路形成され、
BWを導波路の複屈折、Lb=λ/BWをビート長、mを0以上の整数として、
前記偏波変換器が半波長板の場合は、mが奇数であって、前記仮想対称線から(Lb/4×m)だけ離れて配置され、
前記偏波変換器が90度旋光子または−90度旋光子の場合は、mが偶数であって、前記仮想対称線から(Lb/4×m)だけ離れて配置されること
を特徴とする請求項3に記載の光遅延干渉回路。 - 前記N個の分岐出力光を出力する第1の光分岐手段および第2の光分岐手段は、1入力N出力MMIカップラ、または、N=2sを満たすsが自然数の場合に、s段接続した1入力2出力Y分岐スプリッタを使用することを特徴とする請求項1乃至9いずれかに記載の光遅延干渉回路。
- 前記光スプリッタおよび前記N個の光結合手段として、方向性結合器を使用することを特徴とする請求項1乃至10いずれかに記載の光遅延干渉回路。
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