JP5959505B2 - 光導波路回路 - Google Patents

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Description

本発明は、光導波路回路に関する。
代表的かつ実用的なコヒーレント変調方式として、四値位相変調方式が普及している。また、この四値位相変調方式と偏波多重技術を組み合わせた偏波多重四値位相変調（ＤＰ−ＱＰＳＫ：Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying）方式は、周波数利用効率を高めることができる変調方式である。
コヒーレント変調方式を用いる場合、受信側においては、９０度ハイブリッド素子と呼ばれる光干渉素子を用いて局所発振（Local Oscillation：ＬＯ）光と伝送後の信号光とを混合して干渉させる。その後、９０度ハイブリッド素子から出力された干渉させた光をバランスドフォトディテクタ（Balanced-Photo Detector：Ｂ−ＰＤ）によって受光することによって、変調信号のＩチャネルとＱチャネルとを分離して、電気信号として取り出すことができる。なお、ＤＰ−ＱＰＳＫ方式を用いる場合は、受信側においてたとえば偏波ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter：ＰＢＳ）を用いて、偏波多重した２つの偏波の信号光を偏波分離する。その後に偏波ビームスプリッタから出力されるそれぞれの偏波の信号光を９０度ハイブリッド素子に入力し、ＬＯ光との混合を行う。
また、たとえばＤＰ−ＱＰＳＫ方式等の偏波多重技術を使用する場合に、Ｂ−ＰＤから出力される電気信号をデジタル信号処理することによって、偏波逆多重、信号光とＬＯ光との相対位相差の推定や、分散補償、誤り訂正等を行う方式（偏波多重デジタルコヒーレント伝送方式）が提案されている。偏波多重デジタルコヒーレント伝送方式によれば、光学的な信号処理が極めて簡略化され、かつ受信精度を高めることができるので、大容量光伝送を実現する技術として非常に有望視されている。
また、平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）技術を用いて１つの素子内に偏波ビームスプリッタと９０度ハイブリッド素子とを集積した光導波路回路（以下、適宜ＰＢＳ集積型コヒーレントミキサと記載する）が開示されている（非特許文献１、２）。
国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ２０１０／０６５３１３
しかしながら、ＰＢＳ集積型コヒーレントミキサのような複数の光回路素子を含む光導波路回路において、より小型かつ取り扱いやすい形状のものが求められている。
また、本発明者らが鋭意検討したところ、ＰＢＳ集積型コヒーレントミキサのように偏波ビームスプリッタを含む光導波路回路において、その光出力強度が安定しない場合があるという問題があることを見出した。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型かつ取り扱いやすい形状であり、安定した光出力強度を有する光導波路回路を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光導波路回路は、第１および第２の光がそれぞれ入力される第１および第２の入力光導波路と、前記第１の入力光導波路に接続した、第１の偏波ビームスプリッタと、前記第１の光が前記第１の偏波ビームスプリッタによって偏波分離されて出力された互いに直交する２つの偏波の光のうちの一方と、前記第２の光から生成された互いに直交する２つの偏波の光のうちの一方とが入力され、該入力された２つの光を干渉させる光干渉素子と、前記第１の偏波ビームスプリッタと前記光干渉素子とを接続する第１の接続光導波路と、前記第２の入力光導波路と前記光干渉素子とを接続する第２の接続光導波路と、を備え、前記第１および第２の入力光導波路は、略直線状であるか、または所定の曲率半径および弧の角度を有する第１の屈曲部と、前記第１の屈曲部において生じる光の偏波面の回転を打ち消すように設定された曲率半径および弧の角度を有する第２の屈曲部とを有するＳ字形状であり、前記第１の偏波ビームスプリッタ、前記第１および第２の接続光導波路、ならびに前記光干渉素子は、Ｓ字形状に配置されていることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部とは、曲率の正負が逆で曲率半径が等しく、かつ弧の角度が等しいことを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、前記第２の入力光導波路と前記第２の接続光導波路との間に設けられ、前記第１の偏波ビームスプリッタと略平行に配置され、前記第２の光を互いに直交する２つの偏波の光に偏波分離して出力する第２の偏波ビームスプリッタを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、前記第１および第２の偏波ビームスプリッタ、ならびに前記光干渉素子は、当該光導波路回路の幅方向に並列に配置していることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、前記第１または第２の偏波ビームスプリッタは、マッハツェンダー型干渉計で構成されたものであることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、前記光干渉素子は、９０度ハイブリッド素子であることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、２つの前記光干渉素子と、前記２つの前記光干渉素子のそれぞれに接続した、２つの前記第１および第２の接続光導波路とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、２つの前記光干渉素子と、前記２つの前記光干渉素子のそれぞれに接続した、２つの前記第１および第２の接続光導波路と、前記第２の入力光導波路と前記２つの第２の接続光導波路とを接続する分岐光導波路と、前記第１および第２の接続光導波路とのいずれか一方に挿入され、入力された光の偏波を９０度回転させる偏波回転素子とを備え、前記分岐光導波路ならびに前記第１および第２の接続光導波路の少なくともいずれか一つが、前記第１の接続光導波路における過剰損失と前記第２の接続光導波路における過剰損失との差を補償する損失補償機構を有することを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、前記損失補償機構は、分岐比が、前記過剰損失の差を補償するように設定されている前記分岐光導波路であることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、前記分岐光導波路は、Ｙ分岐光導波路であることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、前記分岐光導波路は、マッハツェンダー干渉計型光導波路であることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、前記マッハツェンダー干渉計型光導波路は、少なくとも一方のアーム導波路の実効屈折率を変化させることによって前記分岐比が調整されていることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、前記損失補償機構は、前記偏波回転素子が挿入されていない方の接続光導波路に形成された光損失部であることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、前記光損失部は、前記接続光導波路に形成されたギャップ光導波路部であることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、前記接続光導波路は、前記第１の入力光導波路と交差しており、前記ギャップ光導波路部は、前記交差している部分に形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、前記光損失部は、前記接続光導波路を分断するスリットであることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路回路は、上記の発明において、前記光損失部は、前記接続光導波路に介挿された分岐光カプラであることを特徴とする。
本発明によれば、小型かつ取り扱いやすい形状であり、安定した光出力強度を有する光導波路回路を実現できるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１に係る光導波路回路の模式的な平面図である。 図２は、ＬＯ光の偏波状態を説明する模式的な断面図である。 図３は、ＬＯ光の偏波状態を説明する模式的な断面図である。 図４は、接続光導波路の屈曲部における光の偏波状態を説明する図である。 図５は、接続光導波路の屈曲部における光の偏波状態を説明する図である。 図６は、実施の形態２に係る光導波路回路の模式的な平面図である。 図７は、実施の形態３に係る光導波路回路の模式的な平面図である。 図８は、ＰＢＳ集積型コヒーレントミキサとして使用できる光導波路回路の一例を示す模式的な平面図である。 図９は、ＬＯ光の偏波状態を説明する模式的な断面図である。 図１０は、ＬＯ光の偏波状態を説明する模式的な断面図である。 図１１は、実施の形態４に係る光導波路回路の模式的な平面図である。 図１２は、実施の形態５に係る光導波路回路の模式的な平面図である。 図１３Ａは、実施の形態６に係る光導波路回路の模式的な平面図である。 図１３Ｂは、図１３Ａに示す光導波路回路の一部拡大図である。 図１４は、実施の形態７に係る光導波路回路の模式的な平面図である。 図１５は、実施の形態８に係る光導波路回路の模式的な平面図である。 図１６Ａは、実施の形態９に係る光導波路回路の模式的な平面図である。 図１６Ｂは、図１６Ａに示す光導波路回路の一部拡大図である。
以下に、図面を参照して本発明に係る光導波路回路の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の寸法の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（実施の形態１）
はじめに、本発明の実施の形態１に係る光導波路回路について説明する。実施の形態１に係る光導波路回路は、ＰＢＳ集積型コヒーレントミキサとして使用できる、石英系ガラス材料からなるＰＬＣ型の光導波路回路である。
図１は、実施の形態１に係る光導波路回路の模式的な平面図である。図１に示すように、光導波路回路１００は、第１および第２の入力光導波路である入力光導波路１１、１２と、第１および第２の偏波ビームスプリッタである偏波ビームスプリッタ２１、２２と、第１および第２の接続光導波路である接続光導波路３１、３２と、光干渉素子である９０度ハイブリッド素子４１と、別の第１および第２の接続光導波路である接続光導波路５１、５２と、別の光干渉素子である９０度ハイブリッド素子６１とを備えている。
入力光導波路１１、１２は、光導波路回路１００の光入力端面１００ａ側に配置されており、それぞれ光出力端面１００ｂ側に向かって略直線状に形成されている。
偏波ビームスプリッタ２１は、入力光導波路１１に接続したＹ分岐光導波路２１ａと、Ｙ分岐光導波路２１ａに接続したアーム光導波路２１ｂ、２１ｃと、アーム光導波路２１ｂ、２１ｃに接続した方向性結合器からなる３ｄＢカプラ２１ｄとを備えている。偏波ビームスプリッタ２１は、マッハツェンダー（Mach-Zehnder Interferometer：ＭＺＩ）型干渉計の構成を有している。
アーム光導波路２１ｂ、２１ｃの長さおよび複屈折率は、所定の波長において、ＴＭ偏波（光導波路回路１００が形成される基板面に垂直方向の偏波）の光が３ｄＢカプラ２１ｄの一方の出力ポートから略１００％出力し、ＴＥ偏波（基板面と平行方向の偏波）の光が３ｄＢカプラ２１ｄのもう一方の出力ポートから略１００％出力する干渉特性を有する光路長になるようにそれぞれ設定されている。これによって、偏波ビームスプリッタ２１は、Ｙ分岐光導波路２１ａの入力ポートから入力された光を、ＴＥ偏波の光とＴＭ偏波の光とに偏波分離して、各偏波の光を３ｄＢカプラ２１ｄの各出力ポートから出力する。
偏波ビームスプリッタ２２は、入力光導波路１２に接続したＹ分岐光導波路２２ａと、Ｙ分岐光導波路２２ａに接続したアーム光導波路２２ｂ、２２ｃと、アーム光導波路２２ｂ、２２ｃに接続した方向性結合器からなる３ｄＢカプラ２２ｄとを備えている。偏波ビームスプリッタ２２もＭＺＩ型干渉計の構成を有している。
アーム光導波路２２ｂ、２２ｃの長さおよび複屈折率も、所定の波長において、ＴＭ偏波の光が３ｄＢカプラ２２ｄの一方の出力ポートから略１００％出力し、ＴＥ偏波の光が３ｄＢカプラ２２ｄのもう一方の出力ポートから略１００％出力する干渉特性を有する光路長になるようにそれぞれ設定されている。これによって、偏波ビームスプリッタ２２は、Ｙ分岐光導波路２２ａの入力ポートから入力された光を、ＴＥ偏波の光とＴＭ偏波の光とに偏波分離して、互いに直交する２つの偏波の光を生成し、各偏波の光を３ｄＢカプラ２２ｄの各出力ポートから出力する。
偏波ビームスプリッタ２１、２２は、光入力端面１００ａからそれぞれ光出力端面１００ｂ側に向かって互いに略平行に配置した状態で形成されている。なお、アーム光導波路２１ｂ、２１ｃ、２２ｂ、２２ｃは、直線部と該直線部から続くそれぞれ屈曲部２１ｂａ、２１ｃａ、２２ｂａ、２２ｃａを有している。このような屈曲部の存在によって偏波ビームスプリッタ２１、２２は光入力端面１００ａから光出力端面１００ｂに向かう方向を長さ方向としたとき、長さ方向に小さいスペースで配置できるようになっている。
接続光導波路３１は、屈曲部３１ａと、屈曲部３１ｂと、屈曲部３１ａと屈曲部３１ｂとを接続する直線部３１ｃとを備えており、全体的にＳ字形状になっている。屈曲部３１ａは偏波ビームスプリッタ２１の３ｄＢカプラ２１ｄに接続している。屈曲部３１ｂは９０度ハイブリッド素子４１に接続している。同様に、接続光導波路３２は、屈曲部３２ａと、屈曲部３２ｂと、屈曲部３２ａと屈曲部３２ｂとを接続する直線部３２ｃとを備えている。屈曲部３２ａは偏波ビームスプリッタ２２の３ｄＢカプラ２２ｄに接続している。屈曲部３２ｂは９０度ハイブリッド素子４１に接続している。すなわち、接続光導波路３２は、入力導波路１２と９０度ハイブリッド素子４１とを、偏波ビームスプリッタ２２が間に設けられた状態で接続している。
９０度ハイブリッド素子４１は、接続光導波路３１に接続したＹ分岐光導波路４１ａと、接続光導波路３２に接続したＹ分岐光導波路４１ｂと、Ｙ分岐光導波路４１ａに接続したアーム光導波路４１ｃ、４１ｄと、Ｙ分岐光導波路４１ｂに接続したアーム光導波路４１ｅ、４１ｆと、アーム光導波路４１ｃ、４１ｆに接続した方向性結合器からなる３ｄＢカプラ４１ｇと、アーム光導波路４１ｄ、４１ｅに接続した方向性結合器からなる３ｄＢカプラ４１ｈと、３ｄＢカプラ４１ｇに接続した出力光導波路４１ｉ、４１ｊと、３ｄＢカプラ４１ｈに接続した出力光導波路４１ｋ、４１ｌと、を備えている。９０度ハイブリッド素子４１は、光入力端面１００ａ側から光出力端面１００ｂ側に向かって、出力光導波路４１ｉ、４１ｊ、４１ｋ、４１ｌが光出力端面１００ｂに達するように略直線状に形成されている。
アーム光導波路４１ｃ、４１ｄは同じ光路長である。アーム光導波路４１ｅの光路長とアーム光導波路４１ｆの光路長とは、光路差が光の位相に換算して９０度となるように設定されている。たとえば、アーム光導波路４１ｅの光路長はアーム光導波路４１ｃ、４１ｄの光路長よりも光の位相に換算してπ／４ラジアン（４５度）だけ短く設定され、アーム光導波路４１ｆの光路長はアーム光導波路４１ｃ、４１ｄの光路長よりも光の位相に換算してπ／４ラジアンだけ長く設定されている。これによって、９０度ハイブリッド素子４１は、３ｄＢカプラ４１ｈの出力特性と３ｄＢカプラ４１ｇとで位相が９０度異なる干渉特性を有する。
一方、接続光導波路５１は、屈曲部５１ａと、屈曲部５１ｂと、屈曲部５１ａと屈曲部５１ｂとを接続する直線部５１ｃとを備えており、全体的にＳ字形状になっている。屈曲部５１ａは偏波ビームスプリッタ２１の３ｄＢカプラ２１ｄに接続している。屈曲部５１ｂは９０度ハイブリッド素子６１に接続している。同様に、接続光導波路５２は、屈曲部５２ａと、屈曲部５２ｂと、屈曲部５２ａと屈曲部５２ｂとを接続する直線部５２ｃとを備えている。屈曲部５２ａは偏波ビームスプリッタ２２の３ｄＢカプラ２２ｄに接続している。屈曲部５２ｂは９０度ハイブリッド素子６１に接続している。すなわち、接続光導波路５２は、入力導波路１２と９０度ハイブリッド素子６１とを、偏波ビームスプリッタ２２が間に設けられた状態で接続している。
９０度ハイブリッド素子６１は、接続光導波路５１に接続したＹ分岐光導波路６１ａと、接続光導波路５２に接続したＹ分岐光導波路６１ｂと、Ｙ分岐光導波路６１ａに接続したアーム光導波路６１ｃ、６１ｄと、Ｙ分岐光導波路６１ｂに接続したアーム光導波路６１ｅ、６１ｆと、アーム光導波路６１ｃ、６１ｆに接続した方向性結合器からなる３ｄＢカプラ６１ｇと、アーム光導波路６１ｄ、６１ｅに接続した方向性結合器からなる３ｄＢカプラ６１ｈと、３ｄＢカプラ６１ｇに接続した出力光導波路６１ｉ、６１ｊと、３ｄＢカプラ６１ｈに接続した出力光導波路６１ｋ、６１ｌと、を備えている。９０度ハイブリッド素子６１は、光入力端面１００ａ側から光出力端面１００ｂ側に向かって、出力光導波路６１ｉ、６１ｊ、６１ｋ、６１ｌが光出力端面１００ｂに達するように略直線状に形成されている。
アーム光導波路６１ｃ、６１ｄは同じ光路長である。アーム光導波路６１ｅの光路長とアーム光導波路６１ｆの光路長とは、光路差が光の位相に換算して９０度となるように設定されている。たとえば、アーム光導波路６１ｅの光路長はアーム光導波路６１ｃ、６１ｄの光路長よりも光の位相に換算してπ／４ラジアンだけ短く設定され、アーム光導波路６１ｆの光路長はアーム光導波路６１ｃ、６１ｄの光路長よりも光の位相に換算してπ／４ラジアンだけ長く設定されている。これによって、９０度ハイブリッド素子６１は、３ｄＢカプラ６１ｈの出力特性と３ｄＢカプラ６１ｇとで位相が９０度異なる干渉特性を有する。
この光導波路回路１００では、偏波ビームスプリッタ２１、２２、接続光導波路３１、３２、および９０度ハイブリッド素子４１が、Ｓ字形状を形成するように配置されている。また、偏波ビームスプリッタ２１、２２、接続光導波路５１、５２、および９０度ハイブリッド素子６１も、別のＳ字形状を形成するように配置されている。これによって、この光導波路回路１００は、偏波ビームスプリッタ２１、２２および９０度ハイブリッド素子４１、６１が光導波路回路１００の側面１００ｃ、１００ｄの間で幅方向に並列に配置される。これによって、光導波路回路１００は光入力端面１００ａと光出力端面１００ｂとの間の距離（長さ）が側面１００ｃ、１００ｄの間の距離（幅）に対して長くならず、小型で取り扱いやすい形状となっている。
つぎに、光導波路回路１００の動作の一例について説明する。まず、図１に示すように、入力光導波路１１に第１の光としての信号光Ｌ１を入力し、入力光導波路１２に第２の光としてのＬＯ光Ｌ２を入力する。ここで、信号光Ｌ１は、所定の偏波（Ｘ偏波とする）のＱＰＳＫ信号光とＸ偏波と直交する偏波（Ｙ偏波とする）のＱＰＳＫ信号光とを偏波多重したＤＰ−ＱＰＳＫ信号光である。ＬＯ光Ｌ２は、同じ強度のＸ偏波の光とＹ偏波の光とを偏波多重したものである。なお、信号光Ｌ１とＬＯ光Ｌ２とは同じ波長を有するとするが、異なっていても良い。また、信号光Ｌ１およびＬＯ光Ｌ２の波長は、たとえば光通信で用いられる通信波長帯域内の波長であり、たとえば波長１５２０ｎｍ〜１６３０ｎｍのうちのいずれかの波長である。
入力されたＬＯ光Ｌ２が偏波ビームスプリッタ２２によって偏波分離される様子を、図２、図３を用いて説明する。図２、図３は、ＬＯ光Ｌ２の偏波状態を説明する模式的な断面図である。図２の断面はＹ分岐光導波路２２ａ側の入力光導波路１２の端部での断面を示している。図３の断面は３ｄＢカプラ２２ｄの出力ポート側の接続光導波路３２、５２での断面を示している。なお、図２、図３に示すように、光導波路回路１００は、シリコン等からなる基板１０１上に形成された石英ガラス系材料からなるクラッド層１０２内に、入力光導波路１２をはじめとする光導波路が形成されることによって構成されたものである。
図２に示すように、ＬＯ光Ｌ２は、同じ強度のＹ偏波の光Ｌ２１とＸ偏波の光Ｌ２２とが偏波多重されたものである。そして、ＬＯ光Ｌ２は、Ｘ偏波の光Ｌ２２がＴＥ偏波となり、Ｙ偏波の光Ｌ２１がＴＭ偏波となるように入力光導波路１２に入力される。すなわち、ＬＯ光Ｌ２は、Ｙ偏波の光Ｌ２１とＸ偏波の光Ｌ２２の位相がそろっている場合は直線偏波であると見なすことができ、偏波面がＴＥ偏波およびＴＭ偏波に対して４５度の角度になるように入力される。一方、一般にＹ偏波の光Ｌ２１とＸ偏波の光Ｌ２２の位相がずれている場合は楕円偏波となるが、各偏波成分の強度は等しいので、楕円の長軸がＴＥ偏波およびＴＭ偏波に対して４５度の角度をなす。そして、入力光導波路１２は略直線状であるので、光Ｌ２２がＴＥ偏波のまま、かつ光Ｌ２１がＴＭ偏波のまま導波し、偏波ビームスプリッタ２２のＹ分岐光導波路２２ａに入力する。
このように、この光導波路回路１００では、略直線状の入力光導波路１２が、入力されたＬＯ光Ｌ２の偏波状態を維持したまま偏波ビームスプリッタ２２に入力させる。これによって、偏波ビームスプリッタ２２に入力されるＬＯ光Ｌ２の偏波状態が偏波ビームスプリッタ２２の設計どおりの状態であり、かつその偏波状態が安定して入力される。その結果、図３に示すように、３ｄＢカプラ２２ｄの出力ポート側では、入力されたＬＯ光Ｌ２の直交する偏波成分である光Ｌ２２と光Ｌ２１とが偏波クロストークを起こすことが抑制または防止される。その結果、光Ｌ２１はＴＭ偏波のまま接続光導波路３２に安定した光強度で出力される。また、光Ｌ２２はＴＥ偏波のまま接続光導波５２に安定した光強度で出力される。
一方、信号光Ｌ１については、偏波多重されたＸ偏波とＹ偏波のＱＰＳＫ信号光がＴＥ偏波とＴＭ偏波と一般に一致しない状態で入力光導波路１１に入力される。そして、入力光導波路１１の入力端でＴＥ偏波であった偏波成分がＴＥ偏波のまま、かつ入力端でＴＭ偏波であった偏波成分がＴＭ偏波のまま導波し、設計どおりかつ安定した偏波状態で偏波ビームスプリッタ２１のＹ分岐光導波路２１ａに入力される。その後、偏波多重されたＱＰＳＫ信号光は偏波ビームスプリッタ２１によって偏波クロストークが抑制または防止された状態で偏波分離される。その結果、偏波多重されたＱＰＳＫ信号光のうち入力光導波路１１の入力端でＴＥ偏波を持つ成分はＴＥ偏波のまま接続光導波５１に安定した光強度で出力される。また、偏波多重されたＱＰＳＫ信号光のうち入力端でＴＭ偏波を持つ成分はＴＭ偏波のまま接続光導波路３１に安定した光強度で出力される。なお、この時点で光学的に偏波分離された信号光成分は、ＱＰＳＫ信号光の送信端で多重されたＸ偏波およびＹ偏波成分に偏波逆多重されたものではない。以下に述べるように、これらの偏波分離された信号光成分を９０度ハイブリッド素子４１、６１によりＬＯ光Ｌ２を偏波分離した光Ｌ２１、Ｌ２２と干渉させ、受光した後にデジタル信号処理を適用することで、偏波逆多重がなされる。
偏波ビームスプリッタ２１、２２で偏波分離された後、ＬＯ光Ｌ２のＴＭ偏波の光Ｌ２１は接続光導波路３２を導波して９０度ハイブリッド素子４１のＹ分岐光導波路４１ｂに入力される。また、ＴＭ偏波として分離されたＱＰＳＫ信号光は接続光導波路３１を導波して９０度ハイブリッド素子４１のＹ分岐光導波路４１ａに入力される。９０度ハイブリッド素子４１は、光Ｌ２１とＴＭ偏波として分離されたＱＰＳＫ信号光とを干渉させて、ＱＰＳＫ信号光に含まれるＩチャネル成分の信号光を、安定した光強度で出力光導波路４１ｉ、４１ｊに出力する。また、９０度ハイブリッド素子４１は、同様にしてＱＰＳＫ信号光に含まれるＱチャネル成分の信号光を、安定した光強度で出力光導波路４１ｋ、４１ｌに出力する。
出力光導波路４１ｉ、４１ｊ、出力光導波路４１ｋ、４１ｌから出力されたＴＭ偏波のＩチャネル成分、Ｑチャネル成分の信号光は、それぞれＢ−ＰＤにより受光されて電気信号に変換された後に所定のデジタル信号処理を施されて復調される。
一方、ＬＯ光Ｌ２のＴＥ偏波の光Ｌ２２は接続光導波路５２を導波して９０度ハイブリッド素子６１のＹ分岐光導波路６１ｂに入力される。また、ＴＥ偏波として分離されたＱＰＳＫ信号光は接続光導波路５１を導波して９０度ハイブリッド素子６１のＹ分岐光導波路６１ａに入力される。９０度ハイブリッド素子６１は、光Ｌ２２とＴＥ偏波として分離されたＱＰＳＫ信号光とを干渉させて、ＱＰＳＫ信号光に含まれるＩチャネル成分の信号光を、安定した光強度で出力光導波路６１ｉ、６１ｊに出力する。また、９０度ハイブリッド素子６１は、同様にしてＱＰＳＫ信号光に含まれるＱチャネル成分の信号光を、安定した光強度で出力光導波路６１ｋ、６１ｌに出力する。
出力光導波路６１ｉ、６１ｊ、出力光導波路６１ｋ、６１ｌから出力されたＴＥ偏波のＩチャネル成分、Ｑチャネル成分の信号光も同様に、それぞれＢ−ＰＤにより受光されて電気信号に変換された後に所定のデジタル信号処理を施されて復調される。
以上説明したように、実施の形態１に係る光導波路回路１００は、入力光導波路１１、２１が略直線状であることによって、偏波ビームスプリッタ２１、２２が偏波クロストーク無くＴＭ偏波とＴＥ偏波とを偏波分離できるので、その偏波状態および光出力強度が安定するという効果を奏する。
つぎに、実施の形態１に係る光導波路回路１００において偏波依存特性が安定する効果について、光導波路回路１００と同様にＰＢＳ集積型コヒーレントミキサとして使用できる、本発明者らの先願（特許文献１参照）に記載された光導波路回路の構成を例としてより具体的に説明する。
図８は、ＰＢＳ集積型コヒーレントミキサとして使用できる光導波路回路の一例を示す模式的な平面図である。図８に示す光導波路回路１０００は、光導波路回路１００において、偏波ビームスプリッタ２１、２２を、それぞれ偏波ビームスプリッタ１０２１、１０２２に置き換え、かつ接続光導波路３１、３２、５１、５２を、それぞれ接続光導波１０３１、１０３２、１０５１、１０５２に置き換えたものである。なお、偏波ビームスプリッタ１０２１は、Ｙ分岐光導波路１０２１ａと、Ｙ分岐光導波路１０２１ａに接続したアーム光導波路１０２１ｂ、１０２１ｃと、アーム光導波路１０２１ｂ、１０２１ｃに接続した方向性結合器からなる３ｄＢカプラ１０２１ｄとを備えている。偏波ビームスプリッタ１０２２は、Ｙ分岐光導波路１０２２ａと、Ｙ分岐光導波路１０２２ａに接続したアーム光導波路１０２２ｂ、１０２１ｃと、アーム光導波路１０２２ｂ、１０２２ｃに接続した方向性結合器からなる３ｄＢカプラ１０２２ｄとを備えている。
入力光導波路１０１１、１０１２は、入力光導波路１１、１２とは異なり、Ｕ字形状の屈曲部１０１１ａ、１０１２ａをそれぞれ有している。
入力されたＬＯ光Ｌ２が偏波ビームスプリッタ１０２２によって偏波分離される様子を、図９、図１０を用いて説明する。図９、図１０は、ＬＯ光Ｌ２の偏波状態を説明する模式的な断面図である。図９の断面はＹ分岐光導波路１０２２ａ側の入力光導波路１０１２の端部での断面を拡大して示している。図１０の断面は３ｄＢカプラ１０２２ｄの出力ポート側の接続光導波路１０３２、１０５２での断面を示している。光導波路回路１０００も、シリコン等からなる基板１０１上に形成された石英系ガラス材料からなるクラッド層１０２内に、入力光導波路１０１２をはじめとする光導波路が形成されることによって構成されたものである。
光導波路回路１０００の場合は、入力光導波路１０１２がＵ字形状の屈曲部１０１２ａを有する。そのため、光導波路回路１００と同様にＬＯ光Ｌ２をその偏波面がＴＥ偏波およびＴＭ偏波に対して４５度の角度になるように入力光導波路１０１２に入力したとしても、偏波面が回転し、たとえばＬＯ光Ｌ３のような偏波状態になる。
このように、本発明者らが鋭意検討したところ、光導波路に屈曲部がある場合、応力等に起因してその光導波路を導波する光の偏波面が回転することを見出した。
入力光導波１０１２において光の偏波面が回転してしまうと、偏波ビームスプリッタ１０２２にはＬＯ光Ｌ３が設計とは異なる偏波状態で入力する。その結果、偏波ビームスプリッタ１０２２の出力も、設計とは異なる結果が得られる。図９では、ＬＯ光Ｌ３がＴＭ偏波およびＴＥ偏波の軸に分解される様子を示している。光Ｌ３ａおよび光Ｌ３ｂは、ＬＯ光Ｌ２をＴＭおよびＴＥ偏波成分に分解した光Ｌ２１および光Ｌ２２（図２参照）が回転したものである。光Ｌ３ａをＴＭ偏波軸とＴＥ偏波軸に射影した成分がそれぞれ光Ｌ３ａ１と光Ｌ３ａ２であり、光Ｌ３ｂをＴＭ偏波軸とＴＥ偏波軸に射影した成分がそれぞれ光Ｌ３ｂ１と光Ｌ３ｂ２である。偏波ビームスプリッタ１０２２により偏波分離されて出力される光のうち、ＴＭ偏波成分は光Ｌ３ａ１と光Ｌ３ｂ１とを合波したもの、そしてＴＥ偏波成分は光Ｌ３ａ２と光Ｌ３ｂ２とを合波したものである。
ここで、もし光Ｌ３が直線偏波であれば、光Ｌ３ａと光Ｌ３ｂは位相がそろっている。その結果、光Ｌ３ａ１と光Ｌ３ｂ１、そして光Ｌ３ａ２と光Ｌ３ｂ２をそのまま足し合わせて得られる光Ｌ３１および光Ｌ３２が、偏波ビームスプリッタ１０２２の出力として得られる（図１０参照）。なお光Ｌ３１と光Ｌ３２は、光Ｌ３をＴＭおよびＴＥ偏波軸にそのまま射影して得られる成分である。このときＴＭ偏波成分の光Ｌ３１とＴＥ偏波成分の光Ｌ３２の強度比は、ＬＯ光Ｌ３の回転角度に応じて１対１からずれる。このことは、偏波多重ＱＰＳＫ信号を復調する際に問題となる。
一方、入力されたＬＯ光Ｌ２のＸ偏波とＹ偏波との間に揺らぎのある群遅延があると、光Ｌ３ａと光Ｌ３ｂがランダムな位相差を持つことになる。この場合、ＴＭ偏波軸において光Ｌ３ａ１と光Ｌ３ｂ１を合波して得られる出力光の強度はその位相差に依存する。ＴＥ偏波軸において光Ｌ３ａ２と光Ｌ３ｂ２を合波して得られる出力光の強度についても同様である。このため偏波ビームスプリッタ１０２２の出力の干渉状態が揺らぎ、光強度が不安定になる。同様の出力光の不安定は偏波ビームスプリッタ１０２１においても発生する。その結果、偏波ビームスプリッタ１０２１、１０２２からの出力光が入力されて所定の光信号処理がなされるべき９０度ハイブリッド素子４１、６１からの光出力の強度も不安定になる。
これに対して、本実施の形態１に係る光導波路回路１００では、入力光導波路１１、１２を略直線状としているため、入力したＬＯ光Ｌ２の偏波面の回転はほとんど発生しない。その結果、偏波ビームスプリッタ２１、２２、さらには出力光導波路４１ｉ、４１ｊ、４１ｋ、４１ｌ、６１ｉ、６１ｊ、６１ｋ、６１ｌからの光出力強度が安定する。
つぎに、接続光導波路における光の偏波状態について説明する。図４は、接続光導波路３１、３２の屈曲部３１ａ、３２ａにおける光の偏波状態を説明する図である。また、図５は、接続光導波路３１、３２の屈曲部３１ｂ、３２ｂにおける光の偏波状態を説明する図である。
図４に示すように、屈曲部３１ａでは、偏波ビームスプリッタ２２がＬＯ光Ｌ２から偏波分離したＴＭ偏波の光Ｌ２１が、たとえば光Ｌ２１ａのように紙面時計回りにその偏波面が回転する。同様に、屈曲部３２ａでは、偏波ビームスプリッタ２１が信号光Ｌ１から偏波分離したＴＭ偏波の光Ｌ１１が、光Ｌ１１ａのようにその偏波面が、光Ｌ２１と同じ方向に回転する。
しかし、屈曲部３１ｂ、３２ｂは、それぞれ屈曲部３１ａ、３２ａとは曲率の正負が逆に設定されている。その結果、屈曲部３１ｂでは、光Ｌ１１ａが紙面反時計回りにその偏波面が回転し、光Ｌ１１ｂのような偏波状態になる。また、屈曲部３２ｂでも、光Ｌ２１ａが紙面反時計回りにその偏波面が回転し、光Ｌ２１ｂのような偏波状態になる。このように、屈曲部３１ａと屈曲部３１ｂ、および屈曲部３２ｂと３２ｂが、それぞれ正負が逆の曲率半径を有することによって、各屈曲部における偏波面の回転は打ち消しあう。
また、接続光導波路５１、５２についても同様に、屈曲部５１ａと屈曲部５１ｂ、および屈曲部５２ｂと５２ｂが、それぞれ正負が逆の曲率を有することによって、各屈曲部における偏波面の回転は打ち消しあう。
なお、接続光導波路３１、３２、５１、５２のそれぞれの屈曲部は、同じ接続光導波路内の一方の屈曲部で発生する光の偏波面の回転が他方の屈曲部で十分に打ち消しあうように各屈曲部の曲率半径および弧の角度を設定することがより好ましい。なお、屈曲部で発生する光の偏波面の回転を十分に打ち消しあうのは、曲率の正負が逆であり、曲率半径が等しく、かつ弧の角度が等しい２つの屈曲部を組み合わせるように設計することが好ましい。
ただし、光の偏波面の回転は完全に打ち消しあうようにされる必要はない。接続光導波路３１、３２のそれぞれで導波される光Ｌ１１とＬ２１との相対的な偏波状態の関係が、導波前と導波後とで変化しないような曲率半径および弧の角度であれば、９０度ハイブリッド素子４１において所望の安定した干渉特性を実現することができる。接続光導波路５１、５２についても同様である。
なお、偏波ビームスプリッタ２１、２２の各アーム光導波路２１ｂ、２１ｃ、２２ｂ、２２ｃの屈曲部２１ｂａ、２１ｃａ、２２ｂａ、２２ｃａは、それぞれがいずれも曲率の正負が逆で曲率半径が等しく、かつ弧の角度が等しい２つの屈曲部を組み合わせたＳ字形状を成している。したがって、これらの屈曲部では光の偏波面の回転が略完全に打ち消しあう。
また、実施の形態１に係る光導波路回路１００では、光導波路が交差する箇所が、光導波路回路１００の光出力端面１００ｂ側に位置する接続光導波路３２と接続光導波路５２との交差点の１箇所である。光導波路どうしが交差する交差点が多いと光強度の損失が増大する場合があり、かつ交差点でクロストーク成分が発生すると信号品質が劣化する場合があるため好ましくない。光導波路回路１００では、この交差点が１箇所しかないため、光強度の損失および信号品質の劣化が大幅に抑制されるので好ましい。
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。図６は、実施の形態２に係る光導波路回路の模式的な平面図である。この光導波路回路２００は、図１に示す光導波路回路１００において、接続光導波路３１、３２、５１、５２を、それぞれ接続光導波路２３１、２３２、２５１、２５２に置き換えた構成を有する。
接続光導波路２３１は、屈曲部２３１ａと、屈曲部２３１ｂと、屈曲部２３１ａと屈曲部２３１ｂとを接続する直線部２３１ｃとを備えており、全体的にＳ字形状になっている。屈曲部２３１ａは偏波ビームスプリッタ２１に接続している。屈曲部２３１ｂは９０度ハイブリッド素子４１に接続している。同様に、接続光導波路２３２は、屈曲部２３２ａと、屈曲部２３２ｂと、屈曲部２３２ａと屈曲部２３２ｂとを接続する直線部２３２ｃとを備えている。屈曲部２３２ａは偏波ビームスプリッタ２２に接続している。屈曲部２３２ｂは９０度ハイブリッド素子４１に接続している。
接続光導波路２５１も同様に、屈曲部２５１ａと、屈曲部２５１ｂと、屈曲部２５１ａと屈曲部２５１ｂとを接続する直線部２５１ｃとを備えており、全体的にＳ字形状になっている。屈曲部２５１ａは偏波ビームスプリッタ２２に接続している。屈曲部２５１ｂは９０度ハイブリッド素子６１に接続している。同様に、接続光導波路２５２は、屈曲部２５２ａと、屈曲部２５２ｂと、屈曲部２５２ａと屈曲部２５２ｂとを接続する直線部２５２ｃとを備えている。屈曲部２５２ａは偏波ビームスプリッタ２２に接続している。屈曲部２５２ｂは９０度ハイブリッド素子６１に接続している。
この光導波路回路２００も、実施の形態１に係る光導波路回路１００と同様に、長さが幅に対して長くならず、小型で取り扱いやすい形状となっており、かつ偏波状態および光出力強度が安定する。
さらに、光導波路回路２００では、屈曲部２３１ａ、２３２ａ、２５１ａ、２５２ａはいずれも同一の形状を有する。屈曲部２３１ｂ、２３２ｂ、２５１ｂ、２５２ｂもいずれも同一の形状を有する。さらに、直線部２３１ｃ、２３２ｃ、２５１ｃ、２５２ｃもいずれも同一の形状を有する。すなわち、光導波路回路２００では、各接続光導波路２３１、２３２、２５１、２５２が、いずれも同じ形状の屈曲部と直線部とを組み合わせて構成されている。その結果、各接続光導波路２３１、２３２、２５１、２５２の光路長を同一に揃えることが容易である。
ここで、入力される信号光Ｌ１とＬＯ光Ｌ２とを偏波ビームスプリッタ２１、２２によって偏波分離した後のＴＭ偏波の各光およびＴＥ偏波の各光は、同一のタイミングで９０度ハイブリッド素子４１、６１のそれぞれに入力される必要がある。この光導波路回路２００では、各接続光導波路２３１、２３２、２５１、２５２の光路長を同一に揃えることが容易であるため、光の入力のタイミングを揃えることが容易になる。
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。図７は、実施の形態３に係る光導波路回路の模式的な平面図である。この光導波路回路３００は、図１に示す光導波路回路１００において、入力光導波路１１、１２を入力光導波路３１１、３１２に置き換え、接続光導波路３１、３２、５１、５２を、それぞれ接続光導波路３３１、３３２、３５１、３５２に置き換え、９０度ハイブリッド素子４１、６１を、それぞれ９０度ハイブリッド素子３４１、３６１に置き換えた構成を有する。
入力光導波路３１１は、曲率の正負が逆で曲率半径が等しく、かつ弧の角度が等しい第１および第２の屈曲部を組み合わせたＳ字形状の屈曲部３１１ａを有する。また、入力光導波路３１２も、曲率の正負が逆で曲率半径が等しく、かつ弧の角度が等しい第１および第２の屈曲部を組み合わせたＳ字形状の屈曲部３１２ａを有する。したがって、入力光導波路３１１、３１２では、これらの屈曲部で発生した光の偏波面の回転が略完全に打ち消しあう。その結果、実施の形態１に係る光導波路回路１００の入力光導波路１１、１２と同様に、偏波ビームスプリッタ２１、２２に入力される信号光Ｌ１、ＬＯ光Ｌ２は、設計どおりの安定した偏波状態となる。したがって、この光導波路回路３００は安定した光出力強度を有するものとなる。
また、９０度ハイブリッド素子３４１は、９０度ハイブリッド素子４１と同様のＹ分岐光導波路、アーム光導波路、３ｄＢカプラを備えている。ただし、出力光導波路３４１ｉ、３４１ｊ、３４１ｋ、３４１ｌについては、３ｄＢカプラから光入力端面３００ａ側に延伸し配置され、その後Ｕ字状に折り返して光出力端面３００ｂ側に延伸している。
同様に、９０度ハイブリッド素子３６１は、９０度ハイブリッド素子６１と同様のＹ分岐光導波路、アーム光導波路、３ｄＢカプラを備えている。ただし、出力光導波路３６１ｉ、３６１ｊ、３６１ｋ、３６１ｌについては、３ｄＢカプラから光入力端面３００ａ側に延伸し配置され、その後Ｕ字状に折り返して光出力端面３００ｂ側に延伸している。
したがって、この光導波路回路３００では、偏波ビームスプリッタ２１、２２、接続光導波路３３１、３３２、および９０度ハイブリッド素子３４１が、全体的にＳ字形状を形成するように配置されている。また、偏波ビームスプリッタ２１、２２、接続光導波路３５１、３５２、および９０度ハイブリッド素子３６１も、全体的に別のＳ字形状を形成するように配置されている。これによって、この光導波路回路３００は、偏波ビームスプリッタ２１、２２および９０度ハイブリッド素子３４１、３６１が光導波路回路３００の側面３００ｃ、３００ｄの間で並列になるように配置される。これによって、光導波路回路３００は光入力端面３００ａと光出力端面３００ｂとの間の長さが側面３００ｃ、３００ｄの間の幅に対して長くならず、小型で取り扱いやすい形状となっている。
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４について説明する。図１１は、実施の形態４に係る光導波路回路の模式的な平面図である。この光導波路回路４００は、図１に示す光導波路回路１００において、入力光導波路１１、１２を入力光導波路４１１、４１２に置き換え、偏波ビームスプリッタ２１を偏波ビームスプリッタ４２１に置き換え、偏波ビームスプリッタ２２を削除し、接続光導波路３１、３２、５１、５２を、それぞれ接続光導波路４３１、４３２、４５１、４５２に置き換え、さらに、Ｙ分岐光導波路４０１、スリット４０２、および１／２波長板４０３を備えた構成を有する。
信号光Ｌ１が入力される入力光導波路４１１は、曲率の正負が逆で曲率半径が等しく、かつ弧の角度が等しい第１および第２の屈曲部を組み合わせたＳ字形状の屈曲部４１１ａを有する。入力光導波路４１２は、略直線状である。
偏波ビームスプリッタ４２１は、入力光導波路４１１に接続したＹ分岐光導波路４２１ａと、Ｙ分岐光導波路４２１ａに接続した直線状のアーム光導波路４２１ｂ、４２１ｃと、アーム光導波路４２１ｂ、４２１ｃに接続した方向性結合器からなる３ｄＢカプラ４２１ｄとを備えている。
接続光導波路４３１は、屈曲部４３１ａと、屈曲部４３１ｂと、屈曲部４３１ａと屈曲部４３１ｂとを接続する直線部４３１ｃとを備えており、全体的にＳ字形状になっている。屈曲部４３１ａは偏波ビームスプリッタ４２１の３ｄＢカプラ４２１ｄに接続している。屈曲部４３１ｂは９０度ハイブリッド素子４１に接続している。同様に、接続光導波路４５１は、屈曲部４５１ａと、屈曲部４５１ｂと、屈曲部４５１ａと屈曲部４５１ｂとを接続する直線部４５１ｃとを備えている。屈曲部４５１ａは偏波ビームスプリッタ４２１の３ｄＢカプラ４２１ｄに接続している。屈曲部４５１ｂは９０度ハイブリッド素子６１に接続している。
Ｙ分岐光導波路４０１は、入力部４０１ａと、出力部４０１ｂ、４０１ｃとを備えている。入力部４０１ａは入力光導波路４１２に接続している。
接続光導波路４３２、４５２は、それぞれＹ分岐光導波路４０１の出力部４０１ｂ、４０１ｃに接続している。接続光導波路４３２、４５２は、いずれも曲率の正負が逆で曲率半径が等しく、かつ弧の角度が等しい第１および第２の屈曲部を組み合わせたＳ字形が直線部を介して２つ連接した形状を有する。接続光導波路４３２、４５２はそれぞれ９０度ハイブリッド素子４１、６１に接続している。接続光導波路４５２と入力光導波路４１１とは交差点Ｃで交差している。
スリット４０２は、ダイサやエッチング等によって接続光導波路４３２を分断する深さで形成されている。偏波回転素子としての１／２波長板４０３は、スリット４０２に挿入されている。これによって、１／２波長板４０３は、接続光導波路４３２に挿入されている。１／２波長板４０３の光軸は接続光導波路４３２の偏波軸と４５度の角度をなすように調整されている。
この光導波路回路４００では、第２の光としてのＬＯ光Ｌ３はＴＭ偏波またはＴＥ偏波の光として入力光導波路４１２から入力される。以下では、ＬＯ光Ｌ３がＴＭ偏波の光として入力される場合を例として説明するが、ＴＥ偏波の光として入力される場合も同様である。
Ｙ分岐光導波路４０１は、入力部４０１ａから入力されたＬＯ光Ｌ３を分岐して出力部４０１ｂ、４０１ｃのそれぞれから出力する。接続光導波路４３２は、出力部４０１ｂから出力されたＬＯ光を導波して、９０度ハイブリッド素子４１に入力させる。接続光導波路４３２に挿入された１／２波長板４０３は、ＴＭ偏波のＬＯ光の偏波を９０度回転させてＴＥ偏波とする。したがって、ＬＯ光はＴＥ偏波として９０度ハイブリッド素子４１に入力される。
一方、接続光導波路４５２は、出力部４０１ｃから出力されたＬＯ光を導波して、ＴＭ偏波のまま９０度ハイブリッド素子６１に入力させる。このように、入力されたＬＯ光Ｌ３からＴＭ偏波の光とＴＥ偏波の光とが生成され、各９０度ハイブリッド素子４１、６１に入力される。
ここで、接続光導波路４３２には１／２波長板４０３が挿入されているので、１／２波長板４０３の挿入損失による過剰損失が発生している。一方、接続光導波路４５２には交差点Ｃが存在するので、交差損失による過剰損失が発生している。その結果、９０度ハイブリッド素子４１に入力するＴＥ偏波のＬＯ光は、９０度ハイブリッド素子６１に入力するＴＭ偏波のＬＯ光よりも、過剰損失差＝（１／２波長板４０３の挿入損失−交差点Ｃでの交差損失）の分だけ過剰損失を受ける。
これに対して、本実施の形態４に係る光導波路回路４００では、損失補償機構としてのＹ分岐光導波路４０１の分岐比が、上記の過剰損失差を補償する分岐比に設定されている。これによって、９０度ハイブリッド素子４１に入力するＴＥ偏波のＬＯ光の強度と、９０度ハイブリッド素子６１に入力するＴＭ偏波のＬＯ光の強度とを等しくすることができる。
たとえば、１／２波長板４０３の挿入損失が０．５ｄＢであり、交差点Ｃでの交差損失が０．０５ｄＢとすると、過剰損失差は０．４５ｄＢである。この場合、出力部４０１ｂと出力部４０１ｃとの分岐比を０．５２６：０．４７４とすれば、上記過剰損失差は補償される。
なお、本実施の形態４に係る光導波路回路４００でも、偏波ビームスプリッタ４２１または９０度ハイブリッド素子４１、６１に入力される信号光Ｌ１、ＬＯ光Ｌ３は、設計どおりの安定した偏波状態となる。したがって、この光導波路回路４００は安定した光出力強度を有するものとなる。
また、偏波ビームスプリッタ４２１、接続光導波路４３１、および９０度ハイブリッド素子４１が、全体的にＳ字形状を形成するように配置されている。また、偏波ビームスプリッタ４２１、接続光導波路４５１、および９０度ハイブリッド素子６１も、全体的に別のＳ字形状を形成するように配置されている。これによって、この光導波路回路４００も、小型で取り扱いやすい形状となっている。
（実施の形態５）
つぎに、本発明の実施の形態５について説明する。図１２は、実施の形態５に係る光導波路回路の模式的な平面図である。この光導波路回路５００は、図１１に示す光導波路回路４００において、入力光導波路４１２を入力光導波路５１２に置き換え、Ｙ分岐光導波路４０１をＭＺＩ光分岐導波路５０１に置き換え、さらに、ヒータ５０４を備えた構成を有する。
入力光導波路５１２は、略直線状である。ＭＺＩ光分岐導波路５０１は、入力部５０１ａと、アーム導波路５０１ｂ、５０１ｃと、出力部５０１ｄ、５０１ｅとを備えている。入力部５０１ａは入力光導波路５１２に接続している。ヒータ５０４は、アーム導波路５０１ｃ上方のクラッド層表面に形成された、たとえば金属薄膜からなるヒータである。
この光導波路回路５００でも、損失補償機構としてのＭＺＩ光分岐導波路５０１の分岐比が、（１／２波長板４０３の挿入損失−交差点Ｃでの交差損失）の過剰損失差を補償する分岐比に設定されている。これによって、９０度ハイブリッド素子４１に入力するＴＥ偏波のＬＯ光の強度と、９０度ハイブリッド素子６１に入力するＴＭ偏波のＬＯ光の強度とを等しくすることができる。
さらに、この光導波路回路５００は、ヒータ５０４を備えている。したがって、ヒータ５０４の加熱時間を調整しながらアーム導波路５０１ｃを局所加熱して、その実効屈折率を永久変化させることによって、ＭＺＩ光分岐導波路５０１の分岐比を調整することができる。したがって、たとえば、光導波路回路５００を製造した後に、上記過剰損失差を実測し、この実測した過剰損失差を補償するように、ヒータ５０４によってＭＺＩ光分岐導波路５０１の分岐比を調整することができる。これによって、ＴＥ偏波のＬＯ光の強度とＴＭ偏波のＬＯ光の強度とをより正確に等しくすることができる。
（実施の形態６）
つぎに、本発明の実施の形態６について説明する。図１３Ａは、実施の形態６に係る光導波路回路の模式的な平面図である。図１３Ｂは、図１３Ａに示す光導波路回路の一部拡大図である。この光導波路回路６００は、図１１に示す光導波路回路４００において、Ｙ分岐光導波路４０１をＹ分岐光導波路６０１に置き換え、接続光導波路４５２を接続光導波路６５２に置き換えた構成を有する。
Ｙ分岐光導波路６０１は、入力部６０１ａと、出力部６０１ｂ、６０１ｃとを備えている。入力部６０１ａは入力光導波路４１２に接続している。Ｙ分岐光導波路６０１の出力部６０１ｂ、６０１ｃの分岐比は１：１である。
接続光導波路６５２は、接続光導波路４５２と同様に、２つのＳ字形が連接した形状を有し、かつ、領域Ａの部分には、図１３Ｂに示すように、損失補償機構である光損失部としてのギャップ光導波路部６０５が形成されている。ここで、ギャップ光導波路部６０５とは、光導波路の途中にギャップがあり、そのギャップはクラッド層と同じ石英ガラス系材料で満たされているものである。
この光導波路回路６００では、ギャップ光導波路部６０５の放射損失が、（１／２波長板４０３の挿入損失−交差点Ｃでの交差損失）の過剰損失差を補償する値に設定されている。これによって、９０度ハイブリッド素子４１に入力するＴＥ偏波のＬＯ光の強度と、９０度ハイブリッド素子６１に入力するＴＭ偏波のＬＯ光の強度とを等しくすることができる。ギャップ光導波路部６０５の放射損失は、ギャップを広くまたは狭くすることによって大きくまたは小さくできる。
（実施の形態７）
つぎに、本発明の実施の形態７について説明する。図１４は、実施の形態７に係る光導波路回路の模式的な平面図である。この光導波路回路７００は、図１３Ａに示す光導波路回路６００において、接続光導波路６５２を接続光導波路７５２に置き換えた構成を有する。
接続光導波路７５２は、接続光導波路６５２と同様に、２つのＳ字形が連接した形状を有し、かつ、光損失部としてのスリット７０６が、接続光導波路７５２を分断するように形成されている。
この光導波路回路７００では、スリット７０６の放射損失が、（１／２波長板４０３の挿入損失−交差点Ｃでの交差損失）の過剰損失差を補償する値に設定されている。これによって、９０度ハイブリッド素子４１に入力するＴＥ偏波のＬＯ光の強度と、９０度ハイブリッド素子６１に入力するＴＭ偏波のＬＯ光の強度とを等しくすることができる。スリット７０６の放射損失は、スリット幅を広くまたは狭くすることによって大きくまたは小さくできる。スリット７０６のスリット幅は、たとえば１／２波長板４０３が挿入されるスリット４０２のスリット幅と同じ程度にすればよい。
（実施の形態８）
つぎに、本発明の実施の形態８について説明する。図１５は、実施の形態８に係る光導波路回路の模式的な平面図である。この光導波路回路８００は、図１４に示す光導波路回路７００において、接続光導波路７５２を接続光導波路８５２に置き換え、さらに分岐光カプラ８０７を備えた構成を有する。
接続光導波路８５２は、接続光導波路７５２と同様に、２つのＳ字形が連接した形状を有し、かつ、光損失部としての分岐光カプラ８０７が、接続光導波路８５２に介挿されている。分岐光カプラ８０７は光出力端面８００ｂに延伸した分岐出力部８０７ａを有する。
この光導波路回路８００では、分岐光カプラ８０７の挿入損失が、（１／２波長板４０３の挿入損失−交差点Ｃでの交差損失）の過剰損失差を補償する値に設定されている。これによって、９０度ハイブリッド素子４１に入力するＴＥ偏波のＬＯ光の強度と、９０度ハイブリッド素子６１に入力するＴＭ偏波のＬＯ光の強度とを等しくすることができる。なお、分岐光カプラ８０７の挿入損失は、分岐光カプラ８０７の分岐比の設定によって調整することができる。
さらに、接続光導波路８５２を導波するＴＭ偏波のＬＯ光の一部は、分岐出力部８０７ａに分岐されて、光出力端面８００ｂからモニタ光Ｌ４として出力される。このモニタ光Ｌ４の強度の測定によって、分岐光カプラ８０７の挿入損失をモニタすることができる。
（実施の形態９）
つぎに、本発明の実施の形態９について説明する。図１６Ａは、実施の形態９に係る光導波路回路の模式的な平面図である。図１６Ｂは、図１６Ａに示す光導波路回路の一部拡大図である。この光導波路回路９００は、図１３Ａに示す光導波路回路６００において、接続光導波路６５２を接続光導波路９５２に置き換えた構成を有する。
Ｙ分岐光導波路６０１は、入力部６０１ａと、出力部６０１ｂ、６０１ｃとを備えている。入力部６０１ａは入力光導波路４１２に接続している。Ｙ分岐光導波路６０１の出力部９０１ｂ、９０１ｃの分岐比は１：１である。
接続光導波路９５２は、接続光導波路４５２と同様に、２つのＳ字形が連接した形状を有し、かつ接続光導波路９５２と入力光導波路４１１とが交差する交差点Ｃ１の部分には、図１６Ｂに示すように、損失補償機構である光損失部としてのギャップ光導波路部９０５ａ、９０５ｂが形成されている。ここで、ギャップ光導波路部９０５ａ、９０５ｂとは、光導波路の途中にギャップがあり、そのギャップはクラッド層と同じ石英ガラス系材料で満たされているものである。
この光導波路回路９００では、ギャップ光導波路部９０５ａ、９０５ｂの放射損失が、（１／２波長板４０３の挿入損失−交差点Ｃ１での交差損失）の損失差を補償する値に設定されている。これによって、９０度ハイブリッド素子４１に入力するＴＥ偏波のＬＯ光の強度と、９０度ハイブリッド素子６１に入力するＴＭ偏波のＬＯ光の強度とを等しくすることができる。ギャップ光導波路部９０５ａ、９０５ｂの放射損失は、ギャップを広くまたは狭くすることによって大きくまたは小さくできる。
また、この光導波路回路９００では、入力光導波路４１１の幅が交差点Ｃ１で変化しないため、交差点Ｃ１で生じる交差損失を非常に小さく設定することもできる。
なお、上記実施の形態では、偏波ビームスプリッタの入力側ではＹ分岐光導波を用い、出力側では方向性結合器（Directional Coupler：ＤＣ）からなる３ｄＢカプラを用いていたが、公知のＷＩＮＣ（Wavelength Insensitive Coupler）やＭＭＩ（Multi-Mode Interferometer：ＭＭＩ）などの光カプラを用いてもよい。したがって、偏波ビームスプリッタの入力側の素子と出力側の素子との組み合わせとしては、「方向性結合器と方向性結合器」、「Ｙ分岐とＷＩＮＣ」、「ＷＩＮＣとＷＩＮＣ」、「Ｙ分岐とＭＭＩ」、「ＭＭＩとＭＭＩ」などの任意の組み合わせを用いても良い。また、９０度ハイブリッド素子の出力側で使用する光カプラについても、ＷＩＮＣやＭＭＩを使用しても良い。
また、実施の形態１、２の入力光導波路は略直線状であるが、完全に直線状でなくてもよく、導波させる光の偏波面を回転させない程度の屈曲があってもよい。
また、上記実施の形態は、ＰＢＳ集積型コヒーレントミキサとしての光導波路回路であるが、本発明はこれに限らず、偏波分離された光を干渉させる光干渉素子を備える光導波路回路に適用可能である。
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態３におけるＳ字状の屈曲部を有する入力光導波路を実施の形態１に係る光導波路回路に適用しても良い。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
以上のように、本発明に係る光導波路回路は、光通信の分野に利用して好適なものである。
１１、１２、３１１、３１２、４１１，４１２、５１２ 入力光導波路
２１、２２、４２１ 偏波ビームスプリッタ
２１ａ、２２ａ、４１ａ、４１ｂ、６１ａ、６１ｂ、４０１、４２１ａ、６０１ Ｙ分岐光導波路
２１ｂ、２１ｃ、２２ｂ、２２ｃ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆ、４２１ｂ、４２１ｃ、５０１ｂ、５０１ｃ アーム光導波路
２１ｂａ、２１ｃａ、２２ｂａ、２２ｃａ、３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、２３１ａ、２３１ｂ、２３２ａ、２３２ｂ、２５１ａ、２５１ｂ、２５２ａ、２５２ｂ、３１１ａ、３１２ａ、４１１ａ、４３１ａ、４３１ｂ、４５１ａ、４５１ｂ 屈曲部
２１ｄ、２２ｄ、４１ｇ、４１ｈ、６１ｇ、６１ｈ、４２１ｄ ３ｄＢカプラ
３１、３２、５１、５２、２３１、２３２、２５１、２５２、３３１、３３２、３５１、３５２、４３１、４３２、４５１、４５２、６５２、７５２、８５２、９５２ 接続光導波路
３１ｃ、３２ｃ、５１ｃ、５２ｃ、４３１ｃ、４５１ｃ 直線部
４１、６１、３４１、３６１ ９０度ハイブリッド素子
４１ｉ、４１ｊ、４１ｋ、４１ｌ、６１ｉ、６１ｊ、６１ｋ、６１ｌ、３４１ｉ、３４１ｊ、３４１ｋ、３４１ｌ、３６１ｉ、３６１ｊ、３６１ｋ、３６１ｌ 出力光導波路
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００ 光導波路回路
１００ａ、３００ａ 光入力端面
１００ｂ、３００ｂ、８００ｂ 光出力端面
１００ｃ、１００ｄ、３００ｃ、３００ｄ 側面
１０１ 基板
１０２ クラッド層
４０１ａ、５０１ａ、６０１ａ 入力部
４０１ｂ、４０１ｃ、５０１ｄ、５０１ｅ、６０１ｂ、６０１ｃ 出力部
４０２、７０６ スリット
４０３ １／２波長板
５０１ ＭＺＩ光分岐導波路
５０４ ヒータ
８０７ 分岐光カプラ
８０７ａ 分岐出力部
６０５、９０５ａ、９０５ｂ ギャップ光導波路部
Ａ 領域
Ｃ、Ｃ１ 交差点
Ｌ１ 信号光
Ｌ１１、Ｌ１１ａ、Ｌ１１ｂ、Ｌ２１、Ｌ２１ａ、Ｌ２１ｂ、Ｌ２２ 光
Ｌ２、Ｌ３ ＬＯ光
Ｌ４ モニタ光

Claims (17)

  1. 第１および第２の光がそれぞれ入力される第１および第２の入力光導波路と、
    前記第１の入力光導波路に接続した、第１の偏波ビームスプリッタと、
    前記第２の入力光導波路に接続した、第２の偏波ビームスプリッタと、
    前記第１の光が前記第１の偏波ビームスプリッタによって偏波分離されて出力された互いに直交する２つの偏波の光のうちの一方と、前記第２の光が前記第２の偏波ビームスプリッタによって偏波分離されて出力された互いに直交する２つの偏波の光のうちの一方とが入力され、該入力された２つの光を干渉させる第１の光干渉素子と、
    前記第１の光が前記第１の偏波ビームスプリッタによって偏波分離されて出力された互いに直交する２つの偏波の光のうちの他方と、前記第２の光が前記第２の偏波ビームスプリッタによって偏波分離されて出力された互いに直交する２つの偏波の光のうちの他方とが入力され、該入力された２つの光を干渉させる第２の光干渉素子と、
    前記第１の偏波ビームスプリッタと前記第１の光干渉素子および前記第２の光干渉素子とをそれぞれ接続する２つの第１の接続光導波路と、
    前記第２の偏波ビームスプリッタと前記第１の光干渉素子および前記第２の光干渉素子とをそれぞれ接続する２つの第２の接続光導波路と、
    を備え、
    前記第１および第２の入力光導波路は、略直線状であるか、または所定の曲率半径および弧の角度を有する第１の屈曲部と、前記第１の屈曲部において生じる光の偏波面の回転を打ち消すように設定された曲率半径および弧の角度を有する第２の屈曲部とを有するＳ字形状であり、
    前記第１の偏波ビームスプリッタ、前記２つの第１および第２の接続光導波路のうち前記第１の偏波ビームスプリッタと前記第１の光干渉素子とに接続された第１および第２の接続光導波路、ならびに前記第１の光干渉素子は、Ｓ字形状に配置され、
    前記第２の偏波ビームスプリッタ、前記２つの第１および第２の接続光導波路のうち前記第２の偏波ビームスプリッタと前記第２の光干渉素子とに接続された第１および第２の接続光導波路、ならびに前記第２の光干渉素子は、Ｓ字形状に配置されていることを特徴とする光導波路回路。
  2. 前記２つの第１の接続光導波路は、前記第１の偏波ビームスプリッタの出力部から前記第１の光干渉素子の入力部まで、および前記第１の偏波ビームスプリッタの出力部から前記第２の光干渉素子の入力部まで、がそれぞれＳ字形状であり、
    前記２つの第２の接続光導波路は、前記第２の偏波ビームスプリッタの出力部から前記第１の光干渉素子の入力部まで、および前記第２の偏波ビームスプリッタの出力部から前記第２の光干渉素子の入力部まで、がそれぞれＳ字形状であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路回路。
  3. 前記第１および第２の偏波ビームスプリッタ、ならびに前記第１および第２の光干渉素子は、当該光導波路回路の幅方向に並列に配置していることを特徴とする請求項１に記載の光導波路回路。
  4. 第１および第２の光がそれぞれ入力される第１および第２の入力光導波路と、
    前記第１の入力光導波路に接続した、第１の偏波ビームスプリッタと、
    前記第２の入力光導波路に接続した分岐光導波路と、
    前記第１の光が前記第１の偏波ビームスプリッタによって偏波分離されて出力された互いに直交する２つの偏波の光のうちの一方と、前記分岐光導波路により分岐された光のうちの一方とが入力され、該入力された２つの光を干渉させる第１の光干渉素子と、
    前記第１の光が前記第１の偏波ビームスプリッタによって偏波分離されて出力された互いに直交する２つの偏波の光のうちの他方と、前記分岐光導波路により分岐された光のうちの他方とが入力され、該入力された２つの光を干渉させる第２の光干渉素子と、
    前記第１の偏波ビームスプリッタと前記第１の光干渉素子および前記第２の光干渉素子とをそれぞれ接続する２つの第１の接続光導波路と、
    前記分岐導波路と前記第１の光干渉素子および前記第２の光干渉素子とをそれぞれ接続する２つの第２の接続光導波路と、
    を備え、
    前記第１および第２の入力光導波路は、略直線状であるか、または所定の曲率半径および弧の角度を有する第１の屈曲部と、前記第１の屈曲部において生じる光の偏波面の回転を打ち消すように設定された曲率半径および弧の角度を有する第２の屈曲部とを有するＳ字形状であり、
    前記２つの第１の接続光導波路は、前記第１の偏波ビームスプリッタの出力部から前記第１光干渉素子の入力部まで、および前記第１の偏波ビームスプリッタの出力部から前記第２の光干渉素子の入力部まで、がそれぞれＳ字形状であり、
    前記２つの第２の接続光導波路は、前記分岐光導波路の出力部から前記第１の光干渉素子の入力部まで、および前記分岐光導波路の出力部から前記第２の光干渉素子の入力部まで、がそれぞれＳ字形状であり、
    前記第１の偏波ビームスプリッタ、前記２つの第１の接続光導波路のうち前記第１の偏波ビームスプリッタと前記第１の光干渉素子とに接続された第１の接続光導波路、および前記第１の光干渉素子は、Ｓ字形状に配置され、
    記第１の偏波ビームスプリッタ、前記２つの第１の接続光導波路のうち前記第２の偏波ビームスプリッタと前記第２の光干渉素子とに接続された第１の接続光導波路、前記第２の光干渉素子は、Ｓ字形状に配置されていることを特徴とする光導波路回路。
  5. 前記２つの第２の接続光導波路とのいずれか一方に挿入され、入力された光の偏波を９０度回転させる偏波回転素子とを備え、前記２つの第２の接続光導波路の一方の過剰損失と他方の過剰損失との差を補償する損失補償機構を有することを特徴とする請求項４に記載の光導波路回路。
  6. 前記損失補償機構は、分岐比が、前記過剰損失の差を補償するように設定されている前記分岐光導波路であることを特徴とする請求項５に記載の光導波路回路。
  7. 前記分岐光導波路は、Ｙ分岐光導波路であることを特徴とする請求項６に記載の光導波路回路。
  8. 前記分岐光導波路は、マッハツェンダー干渉計型光導波路であることを特徴とする請求項６に記載の光導波路回路。
  9. 前記マッハツェンダー干渉計型光導波路は、少なくとも一方のアーム導波路の実効屈折率を変化させることによって前記分岐比が調整されていることを特徴とする請求項８に記載の光導波路回路。
  10. 前記損失補償機構は、前記偏波回転素子が挿入されていない方の接続光導波路に形成された光損失部であることを特徴とする請求項４に記載の光導波路回路。
  11. 前記光損失部は、前記接続光導波路に形成されたギャップ光導波路部であることを特徴とする請求項１０に記載の光導波路回路。
  12. 前記接続光導波路は、前記第１の入力光導波路と交差しており、前記ギャップ光導波路部は、前記交差している部分に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の光導波路回路。
  13. 前記光損失部は、前記接続光導波路を分断するスリットであることを特徴とする請求項１０に記載の光導波路回路。
  14. 前記光損失部は、前記接続光導波路に介挿された分岐光カプラであることを特徴とする請求項１０に記載の光導波路回路。
  15. 前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部とは、曲率の正負が逆で曲率半径が等しく、かつ弧の角度が等しいことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の光導波路回路。
  16. 前記第１または第２の偏波ビームスプリッタは、マッハツェンダー型干渉計で構成されたものであることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つに記載の光導波路回路。
  17. 前記第１または第２の光干渉素子は、９０度ハイブリッド素子であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つに記載の光導波路回路。
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