JP5773060B2

JP5773060B2 - 平面光波回路および光受信器

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Publication number: JP5773060B2
Application number: JP2014503444A
Authority: JP
Inventors: 裕幸山崎
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Current assignee: NEC Corp
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Publication date: 2015-09-02
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Description

本発明は、偏波多重された信号光を受信する平面光波回路および光受信器に関する。

近年の爆発的なネットワークトラフィックの増加に伴い、４０Ｇｂｉｔ／ｓや１００Ｇｂｉｔ／ｓ以上の超高速光伝送システムが検討されている。超高速光伝送システムにおいては、位相変調方式と、コヒーレント受信およびデジタル信号処理技術とを組み合わせたデジタルコヒーレント通信の検討が活発に行われている。位相変調方式は、信号光雑音耐力特性、波長分散耐力特性および偏波モード分散耐力特性などの長距離光ファイバ伝送において要求される特性に優れている。

変調方式としては、分散補償耐力に優れる２値位相変調信号（ＢｉｎａｒｙＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）や、４値位相変調信号（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）が注目されている。

さらに、周波数帯域幅を増加させることなく伝送容量を拡大するために、偏波多重４値位相変調信号（ＤｕａｌＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ − ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ：ＤＰ−ＱＰＳＫ）方式などの研究・開発が実用化に向けて活発に行われている。偏波多重４値位相変調信号方式は、周波数の利用効率に優れる４値位相変調信号を、直交する２偏波で多重する方式である。

デジタルコヒーレント通信の光受信器について説明する。ここでは、一例として、４値光位相変調方式（ＱＰＳＫ）を用いて説明する。図５を参照して、デジタルコヒーレント通信における受信処理を説明する。

まず、光受信器３００００は、ＴＥ波とＴＭ波とが多重された信号光（以下では、「ＴＥ波／ＴＭ波多重信号光」と言う）を受信する。局発光源３２０００は、ＴＥ波とＴＭ波とが多重された局発光（以下では、「ＴＥ波／ＴＭ波多重局発光」と言う）を出力する。光受信部３１０００は、ＴＥ波／ＴＭ波多重信号光とＴＥ波／ＴＭ波多重局発光とが入力され、それぞれを偏波に応じて分岐し、分岐した信号光と局発光とを干渉させる。そして、直交する２つの偏波軸それぞれに対して平行な偏波状態を有する信号光の実部成分および虚部成分の合計４つの信号光を出力する。４つの信号光は、光ディテクタ３３０００によりアナログ電気信号に変換された後、アナログデジタルコンバータ３４０００によりデジタル電気信号に変換される。これらのデジタル電気信号は、リサンプリング部（図示せず）により信号光のシンボルレート(ボーレートとも呼ばれる)で標本化されたデジタル電気信号に変換された後、デジタル信号処理部３５０００に入力される。デジタル信号処理部３５０００は、波長分散補償、偏波分散補償、位相雑音・周波数偏差補償の機能を有する。例えば、光搬送波周波数偏差・光位相偏差補償としては、受信した信号光の周波数と局部発振光の周波数との間の周波数偏差および光位相偏差による光位相回転とがそれぞれ補償される。その後、これらの電気信号はそれぞれ、シンボル識別部３６０００により光送信器が送信したビット列に復調される。

このように、超高速光通信システムにおけるデジタルコヒーレント受信が実現される。

以下では、上述した光受信部３１０００についてさらに詳細に説明する。光受信部については、高速データ通信を推進する業界団体であるＯＩＦ（ＯｐｔｉｃａｌＩｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇＦｏｒｕｍ）で標準化の検討が進められており、標準に則った光受信部の開発が行われている。このような光受信部を実現する手段については様々な種類がある。

例えば、マイクロオプティクスの技術を用いて光受信部の偏波分離部を実現した例が非特許文献１に記載されている。しかしながら、このようにマイクロオプティクスの技術を用いる場合、複数のバルクそれぞれの位置関係を調整することが困難である。具体的には、例えば、複数のバルクの光軸を揃える必要がある。

そこで位置関係の調整を必要としない手段として、石英系の平面光集積回路（以下では、「平面光波回路」と言う）が有力視されている。光受信部を平面光波回路で実現した例が特許文献１に開示されている。特許文献１には、平面光波回路の一部分に溝をつくり、フォトニック結晶チップを機能させるために、導波路を横切るようにフォトニック結晶チップを挿入する構成が開示されている。

"Ｆｕｌｌｙ−ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ＤｉｖｅｒｓｉｔｙＣｏｈｅｒｅｎｔＲｅｃｅｉｖｅｒＭｏｄｕｌｅｆｏｒ１００ＧＤＰ−ＱＰＳＫ，" ｉｎＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＯＳＡＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ（ＣＤ）（ＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａ，２０１１），ｐａｐｅｒＯＭＬ５

特開２０１１−７６０４９号公報

しかしながら特許文献１の構成では、特許文献１の図に開示されているように信号光の導波路と局発光の導波路とが複数の箇所で交差している。平面光波回路においてこのように導波路が交差する場合、交差している箇所またはその近傍において一方の導波路からの漏れ光や迷光による他方の導波路へのクロストークが発生する。コヒーレント受信ではクロストークによる信号品質への影響が大きく、このように複数の導波路が複数の箇所で互いに交差することにより、信号品質が劣化するという問題があった。

また特許文献１に記載されている平面光波回路では、９０度オプティカルハイブリッドに入力される光の偏波消光比が十分でないという問題があった。

さらにこのような平面光波回路においては、偏波分離後の信号光同士または局発光同士で位相差が生じないように、偏波に応じて分岐されてから９０度ハイブリッドに入力されるまでの間で信号光および局発光それぞれの光路長を等しくする必要がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、９０度オプティカルハイブリッドを有する平面光波回路において、導波路が交差する箇所を低減し、９０度オプティカルハイブリッドに入力される光の偏波消光比を高め、かつ偏波に応じて分岐されてから９０度ハイブリッドに入力されるまでの間で信号光および局発光それぞれの光路長を容易に等しくする平面光波回路および光受信器を提供することを目的とする。

本発明の平面光波回路は、第１の領域と第２の領域とに区分する溝が形成された基板と、溝に嵌入された透過／反射することによって偏波分離を行う第１のフィルタと、第１の領域に備えられた透過／反射することによって偏波分離を行う第２のフィルタと、第２の領域に備えられた透過／反射することによって偏波分離を行う第３のフィルタと、第１の領域に形成された、偏波多重された信号光と局発光とをそれぞれ第１のフィルタまで導波するように形成された第１と第２の導波路と、第１のフィルタで反射した信号光と局発光とをそれぞれ第２のフィルタまで導波するように形成された第３と第４の導波路と、第２のフィルタで反射した信号光と局発光とが干渉するように形成された第１の９０度オプティカルハイブリッドと、第２の領域に形成された、第１のフィルタを透過した信号光と局発光とをそれぞれ第３のフィルタまで導波するように形成された第５と第６の導波路と、第３のフィルタを透過した信号光と局発光とが干渉するように形成された第２の９０度オプティカルハイブリッド、とを有する。

本発明の光受信器は、偏波多重された信号光と偏波多重された局発光をそれぞれ偏波に応じて分離し、偏波毎に信号光と局発光とを干渉させる平面光波回路と、平面光回路から出力された干渉光を電気信号に変換する光電変換部と、電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部と、デジタル信号を処理するデジタル信号処理部、とを備え、平面光波回路は、第１の領域と第２の領域とに区分する溝が形成された基板と、溝に嵌入された透過／反射することによって偏波分離を行う第１のフィルタと、第１の領域に備えられた透過／反射することによって偏波分離を行う第２のフィルタと、第２の領域に備えられた透過／反射することによって偏波分離を行う第３のフィルタと、第１の領域に形成された、偏波多重された信号光と局発光とをそれぞれ第１のフィルタまで導波するように形成された第１と第２の導波路と、第１のフィルタで反射した信号光と局発光とをそれぞれ第２のフィルタまで導波するように形成された第３と第４の導波路と、第２のフィルタで反射した信号光と局発光とが干渉するように形成された第１の９０度オプティカルハイブリッドと、第２の領域に形成された、第１のフィルタを透過した信号光と局発光とをそれぞれ第３のフィルタまで導波するように形成された第５と第６の導波路と、第３のフィルタを透過した信号光と局発光とが干渉するように形成された第２の９０度オプティカルハイブリッド、とを有する。

本発明によれば、９０度オプティカルハイブリッドを有する平面光波回路において、導波路が交差する箇所を低減し、９０度オプティカルハイブリッドに入力される光の偏波消光比を高め、かつ偏波に応じて分岐されてから９０度ハイブリッドに入力されるまでの間で信号光および局発光それぞれの光路長を容易に等しくする平面光波回路および光受信器を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る光伝送システム１００００の機能ブロック図である。本発明の実施形態に係る光受信部３１０００の機能ブロック図である。本発明の実施形態に係る光受信部５００００の構成例である。誘電体多層膜フィルタを用いた場合の透過スペクトルの例である。本発明の実施形態に係る光受信器３００００の機能ブロック図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

まず図１を用いて光伝送システム１００００を説明する。光伝送システム１００００は、偏波多重Ｍ値位相変調（Ｍは２以上の整数）された信号光を送信する光送信器２００００と、光送信器２００００より送信された信号光を伝送する伝送路４００００と、伝送路４００００を介して信号光を受信する光受信器３００００とを有する。

伝送路４００００には、例えばシングルモード光ファイバを用いることができる。

光受信器３００００は信号光を復調し復調したビット列を外部に出力する。図５を用いて光受信器３００００の構成例について説明する。ここではデジタル信号処理を用いた復調を例として挙げて説明する。

光受信器３００００は、光受信部３１０００と、局発光源３２０００と、光電変換部３３０００と、アナログデジタルコンバータ３４０００と、デジタル信号処理部３５０００と、復調部３６０００とを有する。

光受信部３１０００は、導入された偏波多重された信号光と偏波多重された局発光をそれぞれ偏波に応じて分離し（以下では、「偏波分離」と言う）、偏波毎に信号光と局発光とを干渉させる。次いで、干渉させた干渉光を光電変換部３３０００に出力する。

多重する偏波はＴＥとＴＭの直線偏波を適用できる。偏波多重により、一つの波長で伝送できるビットレートを実質的に倍増することができる。

局発光源３２０００は、光送信器２００００が送信する信号光と同程度の周波数を有する光を局発光として出力する。光送信器２００００が送信する信号光が波長多重されている場合には、局発光源３２０００は、複数の波長のうちの一つと同程度の周波数を有する光を局発光として出力する。

光電変換部３３０００は、干渉光を電気信号に変換し、変換した電気信号をアナログデジタルコンバータ３４０００に出力する。

アナログデジタルコンバータ３４０００は、アナログ信号である変換後の電気信号をデジタル信号に変換する。次いでデジタル信号をデジタル信号処理部３５０００に出力する。

デジタル信号処理部３５０００は、デジタル信号により信号光の位相および強度に関する情報を抽出する。デジタル信号処理部３５０００は、例えば、波長分散補償、偏波分散補償、位相雑音・周波数偏差補償を行う機能を有する。

復調部３６０００は、デジタル信号処理部３５０００により抽出された位相および強度に関する情報に基づいて、送信器２００００が送信したビット列を復調する。

次に図２を用いて光受信部３１０００を、平面光波回路を用いて実現した場合についてさらに詳細に説明する。

受信部３１０００は石英系の基板３１１０００上に種々のコンポーネントが形成されてなる。

基板３１１００には、表面の領域を領域３１１２０と領域３１１３０とに区分する溝３１１１０が形成される。溝の幅と深さは、溝に薄膜フィルタを嵌入して固定されるようにすることができればよい。このような溝３１１１０は、例えば、ダイシング加工により容易に形成することができる。この場合、溝の長手方向は直線的な形状となる。

また基板３１１００には、信号光入力部３１１３１、局発光入力部３１１３２、導波路３１１３３、３１１３４、３１１３５、３１１３６、３１１２１、３１１２２、９０度オプティカルハイブリッド３１１２３、３１１３７、出力部３１１３８、３１１３９、３１１２４、３１１２５が形成される。

さらに、光受信部３１０００は、溝３１１１０に嵌入され、透過／反射で偏波分離するフィルタ３１１１１を有する。透過／反射で偏波分離するとは、例えば、ＴＥ波を透過させ、ＴＭ波を反射させることで偏波分離することをいう。このような性質を有するフィルタは、例えば薄膜フィルタとして実用化されている。薄膜フィルタを用いた場合、このようなフィルタをＴＥ透過／ＴＭ反射型薄膜フィルタと呼ぶ。本実施形態では、フィルタ３１１１１がこのようなＴＥ透過／ＴＭ反射型薄膜フィルタである場合を例として説明する。

信号光入力部３１１３１は、光送信器２００００より伝送路４００００を介して伝送された偏波多重された信号光が入力される。

局発光入力部３１１３２には、偏波多重された局発光が入力される。例えば、局発光源３２０００が単一偏波の局発光を出力するとする。この場合、局発光の偏波面がフィルタ３１１１１によって規定される偏波面に対して所定の角度を有するように、局発光入力部３１１３２に局発光が入力される。これにより、フィルタ３１１１１によって規定される偏波面を基準として、偏波多重された局発光が局発光入力部３１１３２から入力されることになる。

ここでフィルタ３１１１１の特性について説明する。フィルタ３１１１１は、入射する光の偏波ごとに異なる透過率を示す。より詳細には、フィルタ３１１１１は、その材料もしくは構成、入射する光の入射角度、または入射する光の波長に応じて、偏波ごとに異なる透過率を有する。フィルタ３１１１１は、このような偏光に依存する反射および透過特性の違いを利用して、偏波分離機能を実現する。

このようなフィルタ３１１１１の透過スペクトルの例を図４に示す。この例はフィルタ３１１１１として後述する誘電体多層膜フィルタを用いた場合の透過スペクトルである。ここで、透過スペクトルとは、フィルタ３１１１１に入射する光の波長と透過率との関係をいう。図４の横軸はフィルタ３１１１１に入射する光の波長を、縦軸は透過率を示す。一方のグラフはＴＥ波に対するフィルタ３１１１１の透過スペクトルを、他方のグラフはＴＭ波に対するフィルタ３１１１１の透過スペクトルを示している。ＴＭ波とは電界成分が基板３１１００の表面に対して垂直な方向に振動する電磁波であり、ＴＥ波とは電界成分が基板３１１００の表面上にあって電磁波の進行方向に対して垂直な方向に振動する電磁波である。例えば、図４中に示す点線で挟まれた波長の光がフィルタ３１１１１に入射された場合、透過光には主としてＴＥ波が、反射光には主としてＴＭ波が含まれることになる。

図４のグラフからも分かるように、透過光および反射光それぞれは、主としていずれかの偏波を有している。すなわち、透過光および反射光それぞれは、いずれかの偏波のみを有しているわけではなく、両方の偏波を含みうる。このため、フィルタ３１１１１を透過したＴＥ光は、ＴＭ波も多少含む。また、フィルタ３１１１１で反射したＴＭ波についても同様である。

このようなフィルタ３１１１１の材料としては、例えば、誘電体多層膜フィルタがある。誘電体多層膜フィルタは、異なる透過率や膜厚を有する複数の薄膜を積層することにより製造することができる。

次にフィルタの形状について説明する。フィルタ３１１１１は、光が入射する方向に対して有限の厚みを有している。また、光がフィルタ３１１１１に入射する面は、光の照射面積程度、またはそれ以上の面積を有していればよい。

後述するフィルタ３１１４１、３１１５１もフィルタ３１１１１と同様の特性、材料および形状を有する。

導波路３１１３３は、信号光入力部３１１３１から導入され、かつ偏波多重された信号光をフィルタ３１１１１まで導波するように形成される。ここで導波路３１１３３は、その光軸がフィルタ３１１１１の反射面に対して垂直以外の角度となるように形成される。これにより、導波路３１１３３へ反射光が逆行することを防ぐことができる。反射面とは、フィルタ３１１１１の領域のうち溝３１１１０の側面と対向する面である。

次に、導波路３１１３３の構造と基板３１１００上に導波路３１１３３を形成する方法について説明する。導波路３１１３３の構造として、そのコア層の屈折率はコア層を囲むクラッド層よりも１．５％程度高く設定される。導波路３１１３３は、この屈折率の違いにより、基板３１１００の平面方向に光を閉じ込めている。そして導波路３１１３３は、シリコン（Ｓｉ）の基板３１１００上にＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等により形成される。ここで説明した導波路の構造および基板に導波路を形成する方法は、後述する他の導波路についても同様である。

導波路３１１３４は、局発光入力部３１１３２から導入され、かつ偏波多重された局発光をフィルタ３１１１１まで導波するよう形成される。導波路３１１３４についてもその光軸がフィルタ３１１１１の反射面に対して垂直以外の角度となるように形成される。導波路３１１２１は、偏波多重された信号光のうちフィルタ３１１１１からの透過光を９０度オプティカルハイブリッド３１１２３まで導波するように形成される。導波路３１１３５は、波長多重された信号光のうちフィルタ３１１１１からの反射光を９０度オプティカルハイブリッド３１１３７まで導波するように形成される。導波路３１１２２は、波長多重された局発光のうちフィルタ３１１１１からの透過光を９０度オプティカルハイブリッド３１１２３まで導波するように形成される。導波路３１１３６は、波長多重された局発光のうちフィルタ３１１１１からの反射光を９０度オプティカルハイブリッド３１１３７まで導波するように形成される。

図２に示したように導波路３１１３３、３１１３４、３１１３５、３１１３６は基板３１１００上の領域３１１３０に形成される。また、導波路３１１２１、３１１２２は基板３１１００上の領域３１１２０に形成される。

９０度オプティカルハイブリッド３１１２３は、領域３１１２０に形成され、フィルタ３１１１１を透過した信号光と局発光とが干渉するように形成される。また、９０度オプティカルハイブリッド３１１３７は、領域３１１３０に形成され、フィルタ３１１１１で反射した信号光と局発光とが干渉するように形成される。

９０度オプティカルハイブリッド３１１２３は、導波路３１１２１および導波路３１１２２によって導波された信号光と局発光とを干渉させることにより、導波された信号光の実部成分と虚部成分とを抽出する。９０度オプティカルハイブリッド３１１３７は、導波路３１１３５および導波路３１１３６によって導波された信号光と局発光とを干渉させることにより、導波された信号光の実部成分と虚部成分とを抽出する。

出力部３１１２４は、９０度オプティカルハイブリッド３１１２３により抽出された信号光の実部成分を外部へ出力する。また出力部３１１２５は、９０度オプティカルハイブリッド３１１２３により抽出された信号光の虚部成分を外部へ出力する。出力部３１１３８は、９０度オプティカルハイブリッド３１１３７により抽出された信号光の実部成分を外部へ出力する。また出力部３１１３９は、９０度オプティカルハイブリッド３１１３７により抽出された信号光の虚部成分を外部へ出力する。

以上、平面光波回路３１０００の構成例について説明した。

次に、図２に示した平面光波回路３１０００の動作について説明する。

まず、伝送路４００００により伝送され、かつ偏波多重された信号光は信号光受信ポート３１１３１に入力される。一方、局発光源３２０００からの偏波多重された局発光は局発光入力部３１１３２に入力される。

そして導波路３１１３３が、偏波多重された信号光をフィルタ３１１１１まで導波する。一方、導波路３１１３４は、偏波多重された局発光をフィルタ３１１１１まで導波する。

次いで導波路３１１２１は、フィルタ３１１１１からの信号光の透過光を９０度オプティカルハイブリッド３１１２３まで導波する。一方、導波路３１１２２は、フィルタ３１１１１からの局発光の透過光を９０度オプティカルハイブリッド３１１２３まで導波する。

また、導波路３１１３５は、フィルタ３１１１１からの信号光の反射光を９０度オプティカルハイブリッド３１１３７まで導波する。一方、導波路３１１３６は、フィルタ３１１１１からの局発光の反射光を９０度オプティカルハイブリッド３１１３７まで導波する。

９０度オプティカルハイブリッド３１１２３は、導波路３１１２１で導波された信号光と導波路３１１２２で導波された局発光とを干渉させる。一方、９０度オプティカルハイブリッド３１１３７は、導波路３１１３５で導波された信号光と導波路３１１３６で導波された局発光とを干渉させる。

その後出力部３１１２４および出力部３１１２５は、９０度オプティカルハイブリッド３１１２３で干渉した干渉光を光電変換部３３０００に出力する。また、出力部３１１３８および出力部３１１３９は、９０度オプティカルハイブリッド３１１３７で干渉した干渉光を光電変換部３３０００に出力する。

以上、図２に示した平面光波回路３１０００の動作について説明した。

以上のように本実施形態においては、９０度オプティカルハイブリッド３１１２３を基板３１１００上の平面３１１２０に形成し、９０度オプティカルハイブリッド３１１３７を基板３１１００上の平面３１１３０に形成している。さらに、波長多重された信号光を偏波に応じて分岐するフィルタ３１１１１を溝３１１１０に嵌入することによって、９０度オプティカルハイブリッド３１１２３に接続される導波路と、９０度オプティカルハイブリッド３１１３７に接続される導波路とを、溝３１１１０で分離する。これにより、導波路３１１２１、３１１３５、３１１２２、３１１３６が交差する箇所を低減し、かつ、偏波分離された信号光および局発光を９０度オプティカルハイブリッド３１１２３、３１１３７まで導波することが可能となる。

また、導波路３１１２１、３１１３５、３１１２２、３１１３６、および９０度オプティカルハイブリッド３１１２３、３１１３７を溝３１１１０に対して対称に形成することが可能となる。これにより、導波路３１１２１および導波路３１１３５の長さ、並びに導波路３１１２２および導波路３１１３６の長さ、とを容易に等しくすることができる。結果として、偏波に応じて分岐されてから９０度ハイブリッドに入力されるまでの間で信号光および局発光のそれぞれの光路長を容易に等しくすることが可能となる。

好ましくは、導波路３１１２１の長さと導波路３１１３５の長さとが等しく形成される。これにより、９０度オプティカルハイブリッド３１１２３で局発光と干渉する信号光が伝送される光路長と、９０度オプティカルハイブリッド３１１３７で局発光と干渉する信号光が伝送される光路長とが等しくなる。このため、２つの信号光間に発生するスキューを低減し、信号品質の劣化を低減することができる。

さらに好適には、導波路３１１２２の長さと導波路３１１３６の長さとが等しく形成される。

次に、図３を用いて光受信部５００００を平面光波回路で実現した場合の変形例を説明する。図２に示した平面光波回路３１０００と同じ構成については同じ番号を付け、簡略のためこれらについての説明を省略する。

平面光波回路５００００において、領域３１１２０に溝３１１４０が、領域３１１３０に溝３１１５０がさらに形成される。また、平面光波回路５００００は、フィルタ３１１４１およびフィルタ３１１５１を有する。

フィルタ３１１４１は領域３１１２０に備えられ、透過／反射することによって偏波分離を行う。一方、フィルタ３１１５１は領域３１１３０に備えられ、透過／反射することによって偏波分離を行う。ここで、フィルタ３１１４１は溝３１１４０に嵌入されることにより領域３１１２０に備えられ、フィルタ３１１５１は溝３１１５０に嵌入されることにより領域３１１３０に備えられる。本実施形態では、フィルタ３１１４１および３１１５１として、ＴＥ透過／ＴＭ反射型薄膜フィルタを用いて説明する。

本実形態において、導波路３１１２１は、波長多重された信号光のうちフィルタ３１１１１からの透過光をフィルタ３１１４１まで導波し、フィルタ３１１４１からの透過光を９０度オプティカルハイブリッド３１１２３まで導波するように形成される。また、導波路３１１２２は、波長多重された局発光のうちフィルタ３１１１１からの透過光をフィルタ３１１４１まで導波し、フィルタ３１１４１からの透過光を９０度オプティカルハイブリッド３１１２３まで導波するように形成される。ここで導波路３１１２１および３１１２２は導波する光の光軸がフィルタ３１１４１の反射面に対して垂直以外の角度で入射されるように形成される。

さらに、導波路３１１３５は、波長多重された信号光のうちフィルタ３１１１１からの反射光をフィルタ３１１５１まで導波し、フィルタ３１１５１からの反射光を９０度オプティカルハイブリッド３１１３７まで導波するように形成される。また、導波路３１１３６は波長多重された局発光のうちフィルタ３１１１１からの反射光をフィルタ３１１５１まで導波し、フィルタ３１１５１からの反射光を９０度オプティカルハイブリッド３１１３７まで導波するように形成される。ここで導波路３１１３５および３１１３６も、導波する光の光軸がフィルタ３１１５１の反射面に対して垂直以外の角度で入射されるように形成される。

以上、平面光波回路５００００の構成例について説明した。

次に、図３に示した平面光波回路５００００の動作について説明する。

まず、伝送路４００００により伝送された信号光は信号光受信入力部３１１３１に入力される。局発光源３２０００からの波長多重された局発光は局発光入力部３１１３２に入力される。

そして、導波路３１１３３が波長多重された信号光をフィルタ３１１１１まで導波する。一方、導波路３１１３４が波長多重された局発光をフィルタ３１１１１まで導波する。

次いで導波路３１１２１は、波長多重された信号光のうちフィルタ３１１１１からの透過光をフィルタ３１１４１まで導波する。そして、フィルタ３１１４１からの透過光を９０度オプティカルハイブリッド３１１２３まで導波する。一方、導波路３１１２２は、ＴＥ波／ＴＭ波多重局発光のうちフィルタ３１１１１からの透過光をフィルタ３１１４１まで導波する。そして、フィルタ３１１４１からの透過光を９０度オプティカルハイブリッド３１１２３まで導波する。

また、導波路３１１３５は波長多重信号光のうちフィルタ３１１１１からの反射光をフィルタ３１１５１まで導波する。そして、フィルタ３１１５１からの反射光を９０度オプティカルハイブリッド３１１３７まで導波する。一方、導波路３１１３６は波長多重された局発光のうちフィルタ３１１１１からの反射光をフィルタ３１１５１まで導波する。そして、フィルタ３１１５１からの反射光を９０度オプティカルハイブリッド３１１３７まで導波する。

以降の動作は上述した平面光波回路３１０００の動作と同様であるため省略する。

以上のように、変形例の場合には、平面光波回路３１０００に対して、領域３１１２０に備えられた透過／反射することによって偏波分離するフィルタ３１１４１と、領域３１１３０に備えられた透過／反射することによって偏波分離するフィルタ３１１５１とをさらに有する。

このように、信号光および局発光が導波される経路にフィルタを多段に備えることにより、フィルタ３１１１１を透過した信号光および局発光をフィルタ３１１４１でさらに透過させることができる。このため、９０度オプティカルハイブリッド３１１２３に入力される光の偏波消光比をさらに高めることができる。また、フィルタ３１１１１を反射した信号光および局発光をフィルタ３１１５１でさらに反射させることができる。このため、９０度オプティカルハイブリッド３１１３７に入力される光の偏波消光比をさらに高めることができる。

変形例に係る平面光波回路５００００は、上述した実施形態に係る平面光波回路３１０００の特徴をも有している。したがって、９０度オプティカルハイブリッドを有する平面光波回路において、導波路が交差する箇所を低減し、９０度オプティカルハイブリッドに入力される光の偏波消光比を高めることができる。さらに、偏波に応じて分岐されてから９０度ハイブリッドに入力されるまでの間で信号光および局発光それぞれの光路長を容易に等しくすることが可能となる。

以上好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内においてさまざまに変形して実施することができる。

例えば、上記実施形態ではＭ値位相変調を用いて説明したが、振幅位相変調（ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ：ＡＰＳＫ）や、振幅位相変調の一つであるＭ値直行位相振幅変調（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＱＡＭ）を用いてもよい。また、伝送方式として直行周波数分割多重方式（ＯｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤM）を採用し、サブキャリアの少なくとも一つで偏波多重Ｍ値位相変調等を採用することができる。

伝送路４００００の構成として、シングルモード光ファイバに代えてマルチモード光ファイバを用いることもできる。

上記実施形態では、局発光源３２０００が光受信器３００００に備えられる例を示したが、光受信器３００００の外部に備えることもできる。この場合、光受信器３００００は局発光源３２０００からの局発光を入力する入力部さらに有する。

溝３１１１０、３１１４０、３１１５０は基板３１１００の長手方向に直線的な形状である必要はなく、長手方向に曲線的な形状であっても構わない。これらの溝は基板の端から端まで完全に横断するように形成してもよい。しかし、溝が基板の途中で止めて形成されることを排除するものではない。溝が基板の途中で止めて形成される場合は、その仮想延長線で、領域３１１２０と領域３１１３０に区分すると想定することができる。また溝はダイシング加工以外の方法で形成されてもよい。

また、フィルタ３１１１１、３１１４１、３１１５１の材料として、誘電体多層膜フィルタを用いた例を説明したが、フォトニック結晶偏光子を用いることもできる。

上記実施形態では、フィルタ３１１３１、３１１４１、３１１５１として、ＴＥ波を透過させ、ＴＭ波を反射させる特性を有するフィルタを用いて説明した。しかしながら、フィルタ３１１３１、３１１４１、３１１５１として、ＴＭ波を透過させ、ＴＥ波を反射させる特性を有するフィルタを用いてもよい。このようなフィルタはＴＥ反射／ＴＭ透過型薄膜フィルタと呼ぶことができ、入射する光の波長と入射角度に応じて材料および構成を変更することにより実現される。

上記実施形態ではフィルタ３３１５１が溝３１１５０に嵌入された場合について説明したが、フィルタ３３１５１が領域３１１３０における基板３１１００の側面に貼付されていてもよい。この場合、領域３１１３０に溝３１１５０は形成されなくてもよい。

この出願は、２０１２年３月６日に出願された日本出願特願２０１２−０４８６８１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１００００光伝送システム
２００００光送信器
４００００伝送路
３００００光受信器
３１０００、５００００光受信部
３２０００局発光源
３３０００光電変換部
３４０００アナログデジタルコンバータ
３５０００デジタル信号処理部
３６０００復調部
３１１００基板
３１１１０、３１１４０、３１１５０溝
３１１２０、３１１３０領域
３１１３１信号光入力部
３１１３２局発光入力部
３１１３３、３１１３４、３１１３５、３１１３６、３１１２１、３１１２２導波路
３１１１１、３１１４１、３１１５１フィルタ
３１１３７、３１１２３９０度オプティカルハイブリッド
３１１２４、３１１２５、３１１３８、３１１３９出力部

Claims

第１の領域と第２の領域とに区分する溝が形成された基板と、
前記溝に嵌入された透過／反射することによって偏波分離を行う第１のフィルタと、
前記第１の領域に備えられた透過／反射することによって偏波分離を行う第２のフィルタと、
前記第２の領域に備えられた透過／反射することによって偏波分離を行う第３のフィルタと、
前記第１の領域に形成された、
偏波多重された信号光と局発光とをそれぞれ前記第１のフィルタまで導波するように形成された第１と第２の導波路と、
前記第１のフィルタで反射した信号光と局発光とをそれぞれ前記第２のフィルタまで導波するように形成された第３と第４の導波路と、
前記第２のフィルタで反射した信号光と局発光とが干渉するように形成された第１の９０度オプティカルハイブリッドと、
前記第２の領域に形成された、
前記第１のフィルタを透過した信号光と局発光とをそれぞれ前記第３のフィルタまで導波するように形成された第５と第６の導波路と、
前記第３のフィルタを透過した信号光と局発光とが干渉するように形成された第２の９０度オプティカルハイブリッド、とを有する
平面光波回路。
請求項１記載の平面光波回路において、
前記第１から第３のフィルタは、ＴＥ透過／ＴＭ反射型薄膜フィルタおよびＴＥ反射／ＴＭ透過型薄膜フィルタのいずれか一方である
平面光波回路。
請求項１または２記載の平面光波回路において、
前記第３の導波路の長さと前記第５の導波路の長さとが等しい
平面光波回路。
請求項１から３のいずれか一項に記載の平面光波回路において、
前記第４の導波路の長さと前記第６の導波路の長さとが等しい
平面光波回路。
請求項１から４のいずれか一項に記載の平面光波回路において、
前記第２のフィルタは前記第１の領域に形成された溝に嵌入されている
平面光波回路。
請求項１から４のいずれか一項に記載の平面光波回路において、
前記第２のフィルタは前記第１の領域の基板側面に貼付されている
平面光波回路。
請求項１から６のいずれか一項に記載の平面光波回路において、
前記第３のフィルタは前記第２の領域に形成された溝に嵌入されている
平面光波回路。
請求項１から７のいずれか一項に記載の平面光波回路において、
前記第１と第２の９０度オプティカルハイブリッドは、導入される信号光の実部成分および虚部成分をそれぞれ出力する
平面光波回路。
偏波多重された信号光と偏波多重された局発光をそれぞれ偏波に応じて分離し、偏波毎に信号光と局発光とを干渉させる平面光波回路と、
前記平面光回路から出力された干渉光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部と、
前記デジタル信号を処理するデジタル信号処理部、とを備え、
前記平面光波回路は、
第１の領域と第２の領域とに区分する溝が形成された基板と、
前記溝に嵌入された透過／反射することによって偏波分離を行う第１のフィルタと、
前記第１の領域に備えられた透過／反射することによって偏波分離を行う第２のフィルタと、
前記第２の領域に備えられた透過／反射することによって偏波分離を行う第３のフィルタと、
前記第１の領域に形成された、
偏波多重された信号光と局発光とをそれぞれ前記第１のフィルタまで導波するように形成された第１と第２の導波路と、
前記第１のフィルタで反射した信号光と局発光とをそれぞれ前記第２のフィルタまで導波するように形成された第３と第４の導波路と、
前記第２のフィルタで反射した信号光と局発光とが干渉するように形成された第１の９０度オプティカルハイブリッドと、
前記第２の領域に形成された、
前記第１のフィルタを透過した信号光と局発光とをそれぞれ前記第３のフィルタまで導波するように形成された第５と第６の導波路と、
前記領域第３のフィルタを透過した信号光と局発光とが干渉するように形成された第２の９０度オプティカルハイブリッド、とを有する
光受信器。