JP6652969B2 - 光コヒーレントミキサ回路 - Google Patents

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Description

本発明はコヒーレント方式の光通信技術に関し、特に、位相誤差を評価するためのモニタ機構を備える光コヒーレントミキサ回路に関するものである。
近年、特に長距離の光通信において、１チャネルあたりの通信容量を飛躍的に増大できる、デジタルコヒーレント方式の光伝送システムが開発され、商用導入も進みつつある。デジタルコヒーレント方式の通信では、直交する２つの偏波に別の信号を与えて伝送量を倍増する、偏波多重方式が一般に適用されている。
図１には、従来技術による、典型的なデジタルコヒーレント偏波多重方式の光受信回路（光偏波分離・復調回路）9100の構成を示すものである。コヒーレント方式の光送信回路、光受信回路は、受信側にも光源を設け、この光源から入力する基準光（参照光）と、伝送路から入力する信号光を干渉させることによって、より高い感度で信号を検出する点が特徴である。
図１において、左端の実線の矢印は光源から入力される基準光、点線の矢印は伝送路から入力される信号光を示す。図１には、偏波ビームスプリッタ9101、偏波回転器9102、第２の光パワースプリッタ9103、第１の光復調回路である光コヒーレントミキサ9104、第２の光復調回路である光コヒーレントミキサ9105、フォトディテクタ9106、9107を示す。
光受信器9100には伝送路から偏波多重信号光（点線）が入力され、偏波ビームスプリッタ9101によってＴＥ偏光とＴＭ偏光成分に分離される。また図示しない光源からは基準光であるＴＥ偏光の連続光（実線）が入力され、第２の光パワースプリッタ9103で２つに分岐される。分離された信号光のＴＥ偏光成分と、分岐された一方のＴＥ偏光の基準光は光コヒーレントミキサ9104によって復調される。また分離された信号光のＴＭ偏光成分は、偏波回転器9102によってＴＥ偏光に変換され、分岐された他方のＴＥ偏光の基準光とともに光コヒーレントミキサ9105に入力されて復調される。復調された光信号は、フォトディテクタ9106、9107により受信電気信号に変換されて出力される。
偏波ビームスプリッタ9101、偏波回転器9102、第２の光パワースプリッタ9103、光コヒーレントミキサ9104、9105は、導波路型の光集積回路によって１チップ上に実現される形態が一般的である。導波路の材料は石英、インジウムリン等の半導体、シリコンなどが採用されている。半導体やシリコン光集積回路では、フォトディテクタ9106、9107をも含めた一体集積も実現されている。
ここで光コヒーレントミキサ9104、9105は、それぞれ２入力４出力の光回路であって、入力する２つの光波の位相角度差が0、90、180、270度の時に最も干渉し、その位相角度差に応じて、それぞれ４つの出力から干渉光波が出力される回路である。その光復調特性は、実際に最も干渉する位相角度差が、設計上最も最も干渉する位相角度差である0、90、180、270度からずれる程度（位相誤差）によって決定される。実際の光受信回路に適用される光コヒーレントミキサの位相誤差は、定められた基準より小さいことが求められる。現在の一般的な位相誤差の仕様は、±5度以下である。
この位相誤差は、製造揺らぎの影響を受けやすい特性であり、光コヒーレントミキサの製造においては、位相誤差の評価を行い、設定した基準を満たす回路を選別する必要がある。位相誤差の評価には遅延回路を用いる方法が一般的である。
図２は、位相誤差の評価のために遅延回路を付加した、光コヒーレントミキサ回路のチップ9210の構成を示した平面図である。図２には、図１の光コヒーレントミキサ回路9104、入力導波路9200、光スプリッタ9201、遅延回路を構成する第１および第２のアーム導波路9202、9203、光コヒーレントミキサ回路9104への２つの入力導波路9204、9205、４つの干渉光出力9206、9207、9208、9209が示されている。また、位相誤差の評価後に遅延回路部分を切り離す場合には、切断基準線9211において切り離される。
図３は、図２の光コヒーレントミキサ回路9104の導波路構成の１例を示す平面図である。図３において、２つの入力導波路と４つの出力導波路の符号は図２と同一である。
図３の光コヒーレントミキサ回路9104の干渉部分は、１×２光カプラ9301と、３つの２×２光カプラ9302、9304、9305、およびそれらを接続する等長の４本の導波路9303から構成される。
図４は、図２の光コヒーレントミキサ回路9104の導波路構成の別の１例を示す平面図である。図４において、２つの入力導波路と４つの出力導波路の符号は図２と同一である。
図４の光コヒーレントミキサ回路9104の干渉部分は、単一のマルチモード干渉回路（Multi-Mode Interferometer: MMI）9401から構成されている。信号光と参照光が入力されるMMIチップ9401の、２つの入力ポートから４つの出力ポートそれぞれへ至る光路差により定まる所定の位相差の条件で、干渉光出力が得られる。単一のMMIで光コヒーレントミキサを構成することは従来より報告があり、例えば下記非特許文献１に詳しい。
図５Ａ，Ｂは、図２の遅延回路を付加した光コヒーレントミキサ回路チップ9210において、入力導波路9200から位相誤差の評価のためにモニタ光を入力した場合に、４つの出力導波路9206、9207、9208、9209それぞれから出力されるモニタ光の透過スペクトルを示した図である。図５Ａ，ＢでOUT #1、OUT #2、OUT #3、OUT #4で示されるスペクトルは、それぞれモニタ光の出力導波路9206、9207、9208、9209への透過スペクトルを示すものである。
位相誤差評価用のモニタ光は、２分岐され遅延回路において遅延時間差を設けてMMIに入力されて干渉出力されるため、図２の構成はマッハ・ツェンダ干渉回路を形成し、遅延時間差で決まる周期的な落ち込みのある周波数特性（光透過スペクトル）を呈する。
図５Ａ，Ｂにみられるように、MMIの４つの各出力ポートから出力されるモニタ光の光透過スペクトルは基本同形であるが、４つの出力ポートの干渉位相差の条件に応じて、周波数軸方向に約１／４周期ずれたものとなる。
図５Ａは、図３に示す光コヒーレントミキサ回路を使用した場合のモニタ光透過スペクトルであり、図５Ｂは、図４に示す光コヒーレントミキサ回路を使用した場合のモニタ光透過スペクトルである。
位相誤差の評価は、この透過スペクトルを解析することで為される。具体的には４つの出力における干渉の条件が、位相角度差0、90、180、270度に完全に一致していれば、各出力の透過スペクトルの最大透過周波数（あるいは最大消光周波数）は、光周波数軸方向に等間隔に配列する。よって等間隔の周波数配列と、実際の透過（あるいは消光）周波数のズレを見れば、位相誤差を得ることが可能である。
ここで図５Ａ、すなわち図３の光コヒーレントミキサ回路では、隣接するOUT #1とOUT #2、および隣接するOUT #3とOUT #4における干渉条件の位相角度差が、それぞれ相対的に180度異なるのに対し、図５Ｂ、すなわち図４の光コヒーレントミキサ回路では、OUT #1とOUT #4、およびOUT #2とOUT #3における干渉条件の位相角度差が、それぞれ相対的に180度異なっている、という点を付記しておく。
従来技術における光復調回路である光コヒーレントミキサ回路では、図２のように遅延回路を接続したチップを作製し、図５ＡおよびＢのような透過スペクトルを測定・解析することで位相誤差を評価し、良好なチップを選別する。遅延回路は動作中の光受信回路には不要であるので、評価、選別後に図２の基準線9211でチップの遅延回路部分を切断して、光コヒーレントミキサ回路9104を含むチップの残りの部分を光受信回路に組み入れている。
特許第４４１０１４９号公報
前記のような光復調回路および光受信回路であるが、以下のような課題がある。
光復調回路である光コヒーレントミキサ回路では、図２のように遅延回路を接続したチップを作製し、位相誤差を評価した後、遅延回路を切断し、光受信回路の組み立て工程に進む。ここに第１には、不要な遅延回路を切断する工程が必要であり、付加的な製造時間とコストが生じているという課題がある。また第２には、切断される遅延回路は破棄されることになり、これは回路面積を余計に使用しているので、１ウエハ当たりのチップ収量が低減してしまうという課題である。
本発明は、かかる課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、遅延回路を切断する工程なしに、位相誤差測定を可能とした、光復調回路および光受信回路を提供し、加えて、チップに切断する以前のウエハ状態で位相誤差測定を可能とした、光コヒーレントミキサ回路を提供することにある。
前記の課題を解消するために、本発明による光コヒーレントミキサ回路は、以下の構成を有する。
（発明の構成１）
クラッドが石英で形成されたシリコン導波路による４入力４出力のマルチモード干渉回路を有してなり、前記マルチモード干渉回路の奇数番目または偶数番目の２つの入力は入力導波路を介して外部からの信号光および参照光の入力機構に接続し、前記マルチモード干渉回路の４つの出力はすべて出力導波路を介して外部への出力機構に接続された、光コヒーレントミキサ回路であって、
前記マルチモード干渉回路の他の２つの入力にはモニタ導波路を接続し、
前記モニタ導波路は、一方が他方よりも長くあって光遅延回路を構成し、
更に前記光遅延回路を構成する前記モニタ導波路は、２分岐光スプリッタの各出力に接続し、
前記２分岐光スプリッタの入力は、モニタ入力導波路を介して外部からのモニタ光入力機構に接続しており、
前記モニタ導波路の少なくとも一部はクラッドが石英で形成されたシリコン導波路で形成され、
前記モニタ導波路の残りの部分、および前記モニタ導波路に接続する前記２分岐光スプリッタ、および前記モニタ入力導波路、および前記モニタ入力導波路に接続する前記モニタ光入力機構は、前記シリコン導波路と別層に形成される光導波路で形成され、
前記モニタ導波路のシリコン導波路で形成される前記一部と、前記シリコン導波路と別層に形成される光導波路は層間結合しており、
前記層間結合は、前記モニタ導波路のシリコン導波路で形成される前記一部と、前記シリコン導波路と別層に形成される光導波路のそれぞれの先端がテーパ形状をなし、前記テーパ形状の前記先端の部分が基板平面視で対向する方向で重畳する構造であり、
前記シリコン導波路と別層に形成される光導波路の導波路材料の屈折率はシリコンと石英の中間の屈折率であり、
前記シリコン導波路と別層に形成される光導波路の基板上面から見たテーパ形状基部に於ける幅は、シリコンで形成された前記モニタ導波路のテーパ形状基部に於ける幅よりも大きく形成されていること
を特徴とする、光コヒーレントミキサ回路。
（発明の構成２）
発明の構成１記載の光コヒーレントミキサ回路であって、
前記マルチモード干渉回路の出力導波路に導波路交差を含むこと、
を特徴とする、光コヒーレントミキサ回路。
（発明の構成３）
発明の構成１記載の光コヒーレントミキサ回路であって、
前記信号光および参照光の入力機構、モニタ光入力機構、および出力機構の少なくとも一つがグレーティングカプラであること、
を特徴とする、光コヒーレントミキサ回路 。
（発明の構成４）
発明の構成１記載の光コヒーレントミキサ回路であって、
前記出力機構にはフォトディテクタが接続されていること、
を特徴とする、光コヒーレントミキサ回路。
（発明の構成５）
発明の構成４記載の光コヒーレントミキサ回路であって、
前記フォトディテクタの後段にはグレーティングカプラが設けられており、
前記フォトディテクタで吸収されなかった光をグレーティングカプラから出力すること、
を特徴とする、光コヒーレントミキサ回路。
（発明の構成６）
発明の構成１記載の光コヒーレントミキサを２つ搭載した偏波分離型光コヒーレントミキサ回路であって、
前記入力機構から入力された参照光は光スプリッタで２分岐され、２つの光コヒーレントミキサ回路のそれぞれに入力され、
前記入力機構から入力された信号光は偏波ビームスプリッタにより光偏波分離され、
光偏波分離された一方の偏波信号光は第１の光コヒーレントミキサ回路に入力され、
光偏波分離された他方の偏波信号光は偏波回転回路を経て第２の光コヒーレントミキサ回路に入力され、
２つのモニタ光入力機構からは、２つの光コヒーレントミキサ回路のそれぞれにモニタ光が入力され、
コヒーレント方式の偏波ダイバーシティ構成としたことを特徴とする偏波分離型光コヒーレントミキサ回路。
以上に記載した本発明によれば、遅延回路を切断する工程なしに位相誤差測定を可能とした光コヒーレントミキサ回路を提供することができる。加えて、チップに切断する以前のウエハ状態で位相誤差測定を可能とした光コヒーレントミキサ回路を提供することができる。
従来のコヒーレント光受信回路の一般的な構成を示す図である。 位相誤差の評価のために遅延回路を付加した、光コヒーレントミキサ回路のチップ構成を示す図である。 光コヒーレントミキサ回路の構成例を示す図である。 光コヒーレントミキサ回路の別の構成例を示す図である。 遅延回路を付加した図３に示す光コヒーレントミキサ回路のモニタ光透過スペクトルを示す図である。 遅延回路を付加した図４に示す光コヒーレントミキサ回路のモニタ光透過スペクトルを示す図である。 本発明の第１の実施形態における、光コヒーレントミキサ回路の構成を示す平面図である。 図６のMMI回路における、線分VIIでの断面図である。 図６の光コヒーレントミキサ回路を適用した光偏波分離・復調回路の構成を示す平面図である。 図８の入力機構の構成例を示す図である。 図８の出力機構の構成例を示す図である。 図８における、入力機構から光コヒーレントミキサ回路を通過しての各出力機構へのモニタ光透過スペクトルを示す図である。 本発明の第２の実施形態における、光コヒーレントミキサ回路を適用した光偏波分離・復調回路の構成を示す平面図である。 図１２のグレーティングカプラを拡大した上面図である。 図１３ＡのグレーティングカプラのXIIIB断面図である。 本発明の第２の実施形態における、光コヒーレントミキサ回路を適用した光偏波分離・復調回路の別の構成を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態において、ウエハ状態で光コヒーレントミキサ回路の特性を測定する形態の模式図である。 本発明の第２の実施形態において、入力機構から各出力機構へのモニタ光透過スペクトルを示す図である。 本発明の第２の実施形態において、入力機構から各出力機構へのモニタ光透過スペクトルを示す図である。 本発明の第３の実施形態における、光コヒーレントミキサ回路の構成を示す平面図である。 図１７の層間接続部の、詳細を示す平面図である。 図１７の層間接続部の、XIX断面図である。 本発明の第３の実施形態における、光コヒーレントミキサ回路を適用した光偏波分離・復調回路の構成を示す平面図である。 本発明の第４の実施形態における、光コヒーレントミキサ回路を適用した光偏波分離・復調回路の構成を示す平面図である。 図２１のグレーティングカプラの詳細を示す平面図である。 図２２ＡのグレーティングカプラのXXIIB断面図である。 本発明の第５の実施形態における、光コヒーレントミキサ回路を適用した光受信回路の構成を示す平面図である。 一般的なゲルマニウムフォトディテクタの詳細を示す平面図である。 図２４ＡのゲルマニウムフォトディテクタのXXIVB断面図である。 図２３において、入力機構から光を入力した場合の、各フォトディテクタから出力される電流値のスペクトルを示す図である。 本発明の第６の実施形態における、光コヒーレントミキサ回路を適用した光受信回路の構成を示す平面図である。 本発明の第７の実施形態における、光コヒーレントミキサ回路を適用した光受信回路の構成を示す平面図である。 本発明の第８の実施形態における、光コヒーレントミキサ回路を適用した光受信回路の構成を示す平面図である。 本発明の第９の実施形態における、光コヒーレントミキサ回路を適用した光受信回路の構成を示す平面図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明では、光コヒーレントミキサ回路として４入力４出力のMMI回路（マルチモード干渉回路）を採用する。MMIの４つの入力ポートのうち、光コヒーレントミキサとして使用される入力ポートは２つであるから、更に２つの入力ポートを余分に設置でき、位相誤差測定に使用できることに着目した。
このとき、光コヒーレントミキサとして信号光と基準光の入力に使用できる入力ポートには、光干渉の条件から制約がある。４つ並んだMMIの入力ポートに、任意の一端より順に１，２，３，４番目と番号をつけて表現すると、光コヒーレントミキサとして信号光と基準光の入力に使用できるのは、MMIの４入力の１番目と３番目、あるいは２番目と４番目、すなわち奇数番目または偶数番目の入力であることが必要とされる。
本発明では、光コヒーレントミキサ回路のMMIにおいて、信号光と基準光の入力に使用されない他の２つの入力、すなわち２番目と４番目、あるいは１番目と３番目（偶数番目または奇数番目）の入力に２つの入力ポートを付加し、そこに遅延回路とモニタ入力導波路を付加しモニタ光を入力可能とする。これにより、光コヒーレントミキサ回路で使用する入力ポートとは別に、位相誤差評価用の干渉回路が構成でき、位相誤差の評価を行い、かつ評価後に干渉回路を切断する工程は不要となる。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る光復調回路について説明する。
図６は、本実施形態１における、光復調回路である光コヒーレントミキサ回路100の構成を示す平面図である。図６には、入力導波路101、102、４入力４出力設計のMMI回路103、４ポートの出力導波路104を示す。
信号光および基準光の入力導波路101、102は、MMI回路103の図の上から１番目、３番目の入力にそれぞれ接続している。図６ではまた、図左端のモニタ入力導波路108に外部のモニタ光入力機構から位相誤差評価用のモニタ光が入力され、光スプリッタ107で２分岐され、遅延回路を形成する２つのモニタ導波路105、106を経由して、それぞれがMMI回路103 の図の上から２番目、４番目の入力に接続している。
図６からも明らかなように、遅延回路を形成する２つのモニタ導波路105、106は、図５ＡおよびＢに示すような位相誤差評価用のモニタ光透過スペクトルを生じるように、一方のモニタ導波路106が他方のモニタ導波路105よりも長く構成されて遅延時間差を生じている。
ここで各導波路101、102、104、105、106、108の導波路コア幅は0.5μm、MMI回路のコア幅は6μmで長さは55μmに設計されている。
また４ポートの出力導波路104は、図６に示すようにMMI回路103の出力端において１，２，３，４の順であるものが、光コヒーレントミキサ回路100の出力端において１，４，２，３の順となる接続で導波路交差を含む導波路になっている。接続の順はこの例に限定されるものではないが、ここで導波路交差を含むのは、光コヒーレントミキサ100の４ポートの出力がフォトディテクタで受光される際には、隣り合う２ポートの光位相差がそれぞれ180度異なる配列になっていることが求められるからである。MMI回路103からの４ポートの出力は、上から１番目と４番目、２番目と３番目がそれぞれ、180度の光位相差を有するので、交差導波路によって上記の順番に並べ替えている。
図７は、図６のMMI回路103のVII断面での回路構造を示す。図７のMMI回路103は、導波路コアであり、シリコンで形成されている。上部クラッド121、下部クラッド122は、ともに石英ガラスで形成されており、シリコン基板123上に積層されている。導波路103のコア厚さは0.22μm、上部クラッド121の厚さは1.5μm、下部クラッド122の厚さは2μmである。
図８は、図６の光コヒーレントミキサ回路100を２つ使用した偏波ダイバーシティ構成の光受信回路である光偏波分離・復調回路130の構成を示す平面図である。なお、図６の光コヒーレントミキサ回路１つで、偏波ダイバーシティ構成ではないコヒーレント光復調回路を構成可能なことはもちろんである。
図８には、入力導波路131、133、２分岐の光スプリッタ132、偏波ビームスプリッタ134、偏波回転回路135を示す。２つの光コヒーレントミキサ100は図６に示した通りである。
図８の光受信回路130は２つの光コヒーレントミキサ100による偏波ダイバーシティ構成となっていて、伝送路から入力導波路133に入力した光信号は、偏波ビームスプリッタ134でTEおよびTM偏光成分に分離される、偏波分離型の光コヒーレントミキサ回路ということができる。
またTM偏光成分の信号光は偏波回転回路135においてTE偏光成分に変換され、結果として信号光のTEおよびTM偏光成分が分離され、ともにTE偏光として、それぞれ２つの光コヒーレントミキサ100に入力される。
一方、局発光源から入力導波路131に入力された局発光（基準光、参照光）は、TE偏光成分に保持されており、光スプリッタ132によって２つに分配され、それぞれ２つの光コヒーレントミキサ100に入力される。
２つの光コヒーレントミキサ100の各４つの出力ポートは、出力機構140、141でチップの端面から外部へ光を出力する構造になっており、その出力光は、外部に設けられたフォトディテクタで受光される。また２つの光コヒーレントミキサ100のモニタ入力導波路は、それぞれ交差導波路を含んだモニタ導波路138、139を介して、入力機構136、137でチップの端面に達している。
図９は、図８の入力機構136、137の構成例を示す図である。ここでは、先端が細くなる逆テーパ導波路142をチップ端部に設けている。逆テーパ導波路142先端の導波路コア幅は、0.15μmである。この構造により、チップ端面ではシリコン光導波路への光の閉じ込めが比較的弱くなって光モード径が拡大し、比較的高効率に外部の光ファイバ等との結合を実現できる。
図１０は、図８の出力機構140、141の構成例を示す図である。ここでも同様に、先端が細くなる逆テーパ導波路151をチップ端部に設けている。逆テーパ導波路151先端の導波路コア幅は、0.15μmである。この構造により、チップ端面ではシリコン光導波路への光の閉じ込めが比較的弱くなって光モード径が拡大し、比較的高効率に外部のフォトディテクタとの結合を実現できる。
図１１は、図８の光偏波分離・復調回路130において、入力機構136または137からモニタ光を入力し、出力機構140または141の４つの出力導波路それぞれから出力される、モニタ光の透過スペクトルを示した図である。ここでOUT #1、OUT #2、OUT #3、OUT #4のスペクトルはそれぞれ、出力機構140または141の出力導波路を上から順に示したものである。これにより、信号光および局発光の入力とは別の入力機構136または137からモニタ光を入力することができ、光コヒーレントミキサ回路の４つの出力における干渉条件を、従来技術と同様に解析することができ、光コヒーレントミキサ回路の位相誤差特性の評価を実現できる。
つまり本実施形態１の光復調回路によれば、従来技術のように信号光および局発光の入力部に遅延回路を設置することなく、別の入力機構136または137からモニタ光を入力することによって、２つの光コヒーレントミキサ回路の位相誤差特性を評価できる。この入力機構136または137、およびその後段の光スプリッタ107および遅延回路105、106は、光受信回路の実際の動作には全く影響を与えないため、取り除く必要はない。
加えて、シリコン光導波路は導波路の曲げ半径を数μmで設計することができるため、導波路レイアウトの自由度が高く、チップサイズをほとんど増大させずに、光スプリッタ107、遅延回路105、106およびそれらを接続するモニタ導波路を配置することができる。
以上から本実施形態１により、位相誤差特性を評価可能で、遅延回路を切断する工程を必要としない、光コヒーレントミキサ回路を実現することができる。
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る光復調回路について説明する。本実施形態における光コヒーレントミキサ回路の主な構成は実施形態１と同様であり、導波路およびMMI回路の設計パラメータも実施形態１と同様である。ただし本実施形態では、入力機構および出力機構の構成が実施形態１と異なる点が特徴である。
図１２は、本実施形態２における、光コヒーレントミキサ回路100を適用した光偏波分離・復調回路200の構成を示す平面図である。ここで光コヒーレントミキサ回路100の構成は、実施形態１における図６に示す通りである。図１２には、入力導波路201および203、２分岐の光スプリッタ202、偏波ビームスプリッタ204、偏波回転回路205が示される。実施形態１と同様に２つの光コヒーレントミキサ回路100による偏波ダイバーシティ構成となっていて、伝送路から入力導波路203に入力した光信号は、偏波ビームスプリッタ204でTEおよびTM偏光成分に分離される。分離されたTM偏光成分の信号光は、偏波回転回路205においてTE偏光成分に変換され、結果として信号光のTEおよびTM偏光成分が分離され、ともにTE偏光として、それぞれ２つの光コヒーレントミキサ100に入力する。
一方、局発光源から入力導波路201に入力された局発光（基準光、参照光）は、TE偏光成分に保持されており、光スプリッタ202によって２つに分配され、それぞれ２つの光コヒーレントミキサ100に入力される。
本実施形態２では、２つの光コヒーレントミキサ100の各４つの出力ポートは、出力機構であるグレーティングカプラ210、211より、光をほぼチップ回路基板面の垂直方向（紙面においては手前方向）に出力する構造になっており、その出力光は、チップ回路基板の上方に設けられたフォトディテクタ（図示せず）で受光される。
また２つの光コヒーレントミキサ回路100の追加入力導波路は、モニタ導波路208、209を介して、モニタ光入力機構であるグレーティングカプラ206、207によってチップ回路基板の外部上方に設けられた光入力（光ファイバ等）と結合される。
図１３Ａは、図１２のモニタ光入力機構であるグレーティングカプラ206、207の構成例を示す上面図である。図１３Ａには、テーパ導波路212、グレーティングの厚いコア部分214、グレーティングの薄いコア部分213が図示される。テーパ導波路212により導波路幅は10μmに拡大されている。
図１３Ｂは、図１３Ａの入力側グレーティングカプラ206、207のXIIIB断面での回路構造を示している。図１３Ｂにおいて、グレーティングを形成する導波路コア213、214は、シリコンで形成されている。下部クラッド216、上部クラッド217は、ともに石英ガラスで形成されており、シリコン基板215上に積層されている。グレーティングのピッチは0.7μm、導波路214の各長さは0.35μmである。また導波路214部分のコア厚さは0.22μm、導波路213部分のコア厚さは0.15μm、上部クラッド217の厚さは1.5μm、下部クラッド216の厚さは2μmである。
ここで図１２の出力機構である出力側グレーティングカプラ210、211の構成も図１３ＡおよびＢに示すものと同様で、左右が入れ替わった構成になっている。
図１４は本実施形態２の光偏波分離・復調回路の別の構成例220を示すもので、図１２とほぼ同様の構成であるが、入力導波路201および203にも図１３ＡおよびＢのグレーティングカプラで構成された入力機構221、222が接続され、信号光および局発光の入力もチップ上方から行う形態となっているものである。光入力の構造が異なるだけで、光偏波分離・復調回路220の動作に違いはない。
図１５は本実施形態２の、実施形態１に対する更なる利点を示すもので、図１２または１４の光偏波分離・復調回路における、入力機構および出力機構であるグレーティングカプラ206、207、210、211を用いることで、ウエハ状態のままで光コヒーレントミキサ回路を測定する方法を模式的に示した図である。
グレーティングカプラ206、207、210、211は、チップ上方に光の方向を転換して入出力することができるため、光の入出力のためにチップに切り出して端面を形成する必要がない。すなわち、ウエハ状態において、回路に光を入出力し、特性を測定することが可能であり、製造工程上の大きなメリットがある。
図１５では、図１２または図１４の光偏波分離・復調回路が、チップに切り出す前の状態でウエハに整列している。ウエハ上の特定の回路に対して、そのグレーティングカプラの上方に光ファイバ231を近接させて光結合し、入力側光ファイバを測定用モニタ光源に、出力側ファイバを検出器に接続すれば、ウエハ状態のままで従来のチップと同様に回路特性が評価できる。
図１６Ａ，Ｂは、図１２または図１４の本発明の実施形態２の光偏波分離・復調回路において、グレーティングカプラで構成されたモニタ光入力機構206または207からモニタ光を入力した場合に、出力機構210または211の４つのグレーティングカプラそれぞれから出力される光の透過スペクトルを示した図である。図１６Ａは光周波数194100GHz（およそ波長1545nm）付近、図１６Ｂはより広いほぼC帯波長全域の同じスペクトルを示している。ここでOUT #1、OUT #2、OUT #3、OUT #4のスペクトルはそれぞれ、グレーティングカプラ210または211の４つの出力光透過スペクトルを上から順に示したものである。グレーティングカプラは光ファイバとの結合率に波長依存性があり、図１３ＡおよびＢのグレーティングカプラは波長1545nm付近が最大結合率になるよう設計されている。透過スペクトルにもグレーティングカプラの結合率が反映されるが、この影響は差し引いて解析することが可能であり、従来技術や実施形態１と同様に位相誤差特性を評価することができる。
以上より、実施形態２の光復調回路は、実施形態１と同様に、信号光および局発光の入力部に遅延回路を設置することなく、別の入力機構206または207から光を入力することによって、２つの光コヒーレントミキサ回路の位相誤差特性を評価できる。この入力機構206または207、およびその後段の光スプリッタおよび遅延回路は、光復調回路の実際の動作には全く影響を与えないため、取り除く必要はない。よって本実施形態により、位相誤差特性を評価可能で、遅延回路を切断する工程を必要としない、光復調回路を実現することができる。
更に、グレーティングカプラ206、207、210、211は、光をチップ上方に光の方向を転換して入出力することができるため、チップの端面に配置する必要がない。これによりチップに切り出す前のウエハ状態で位相誤差特性を評価し、あらかじめ回路を選別することが可能であり、実施形態１に比べ、チップ切り出し後の検査工程を大幅に短縮することができる。
加えて、モニタ導波路208、209は他の導波路を交差することなく、入力機構206、207に達するレイアウトにすることが可能である。交差導波路の削除により、実施形態１に比べ、光復調回路の挿入損失を低減することができる。
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る光復調回路について説明する。
図１７は、本実施形態３における、光復調回路である光コヒーレントミキサ回路300の構成を示す平面図である。図１７には入力導波路301および302、４入力４出力設計のMMI回路303、導波路交差を含む４ポートの出力導波路304を示す。ここまでの構成は実施形態１（図６）と同様であり、シリコン導波路で形成される。各導波路301、302、304の導波路コア幅は0.5μm、MMI回路303のコア幅は6μmで長さは55μmに設計されている。
本実施形態３では、図１７の太線で示された遅延回路305、306、位相誤差評価用のモニタ入力導波路308が光スプリッタ307で接続されているが、これらがシリコン導波路とは異なる層に形成される導波路であることを特徴とする。両導波路間は層間接続部311、312で接続されている。
このシリコン導波路とは異なる層に形成される導波路の導波路材料は、シリコンと石英の中間の屈折率であることが好適であり、具体的には不純物をドープした石英、SiOx、SiON、Si3N4などが適用可能である。この実施形態ではSi3N4を用いている。この場合層間接続部311および312の部分は、Si3N4導波路とシリコン導波路の層間接続部であり、シリコン導波路309および310で、MMI回路303に接続している。
図１８は、図１７の層間接続部311および312の詳細を示した平面図である。Si3N4導波路305および306の導波路コア幅は1.0μmに設計されている。層間接続部では逆テーパ構造314になって終端は幅0.3μmまで狭められている。それに接続するシリコン導波路309、310は、逆テーパ構造314に重なるようにテーパ導波路313が配置される。テーパ導波路313の先端のコア幅は0.15μmであり、0.5μmまで拡大されて、シリコン導波路309および310につながる。シリコン導波路309および310の導波路コア幅は0.5μmに設計されている。
図１９は図１７におけるXIX断面での回路構造、すなわち層間接続部311および312の導波路に垂直な断面図が示されている。図１９で、Si3N4導波路の逆テーパ構造314の途中におけるコア厚さは0.4μmである。図１９には、シリコンの入力導波路301、302、シリコン導波路のテーパ構造313の途中にあたる断面も示されている。下部クラッド322、中間クラッド323、上部クラッド324は、ともに石英ガラスで形成されており、シリコン基板321上に積層されている。シリコン導波路301、302、313のコア厚さは0.22μm、下部クラッド322の厚さは2μm、中間クラッド323の厚さは0.32μmである。すなわちシリコン導波路313のコア上面と、Si3N4導波路314のコア下面の距離は0.1μmであり、層間接続部311、312ではこの間隙を介して、Si3N4導波路314を伝播してきた光信号がシリコン導波路313側に伝達される。また上部クラッド324の厚さは2μmである。
図２０は、本実施形態３における、光コヒーレントミキサ回路300を適用した光偏波分離・復調回路330の構成を示す平面図である。ここで光コヒーレントミキサ回路300の構成は、図１７に示す通りである。また実施形態１および２と同様、図２０の実施形態３も、入力導波路331および333、２分岐の光スプリッタ332、偏波ビームスプリッタ334、偏波回転回路335を備えている。 ２つの光コヒーレントミキサ300による偏波ダイバーシティ構成となっていて、伝送路から入力導波路333に入力した光信号は、偏波ビームスプリッタ334でTEおよびTM偏光成分に分離される。分離されたTM偏光成分の信号光は偏波回転回路335においてTE偏光成分に変換され、結果として信号光のTEおよびTM偏光成分が分離され、ともにTE偏光として、それぞれ２つの光コヒーレントミキサ300に入力される。一方、局発光源から入力導波路331に入力した局発光は、TE偏光成分に保持されており、光スプリッタ332によって２つに分配され、それぞれ２つの光コヒーレントミキサ300に入力される。
２つの光コヒーレントミキサ300の各４つの出力ポートは、出力機構340、341でチップの端面から、外部へ光を出力する構造になっており、その出力光は、外部に設けられたフォトディテクタで受光される。また２つの光コヒーレントミキサ300で、Si3N4の層に形成されたモニタ入力導波路は、それぞれSi3N4導波路であるモニタ導波路338、339を介して、チップの端面に達している。
Si3N4導波路はシリコン導波路に対して、比較的大きいモードフィールド径を有し、チップ端面において光ファイバと効率良く結合することが可能である。またモニタ導波路338、339をシリコン導波路とは異なる層のSi3N4導波路で構成することにより、信号光および局発光を伝搬する他のシリコン導波路と、損失なく交差することが可能である。
以上より、本実施形態３の光復調回路は、実施形態１、実施形態２と同様に、信号光および局発光の入力部に遅延回路を設置することなく、別のモニタ入力導波路338または339からモニタ光を入力することによって、２つの光コヒーレントミキサ回路の位相誤差特性を評価できる。このモニタ入力導波路338または339、およびその後段の光スプリッタ307および遅延回路305、306は、光復調回路の実際の動作には全く影響を与えないため、取り除く必要はない。よって本実施形態３によっても、位相誤差特性を評価可能で、遅延回路を切断する工程を必要としない、光復調回路を実現することができる。
加えて本実施形態３では、モニタ入力導波路338または339は実施形態１、実施形態２に比べて光ファイバとの結合効率が優れているため、比較的高精度に位相誤差を評価することが可能である。
またモニタ入力導波路338または339は、シリコン導波路と損失なく交差を実現できるので、従来に比べて回路損失を増加させることなく、光復調回路を実現することができる。
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る光復調回路については、主な光復調回路の構成は実施形態３と同様であるが、位相誤差評価のためのモニタ入力導波路への入力機構と、光コヒーレントミキサ回路の出力導波路からの出力機構に、グレーティングカプラを用いていることを特徴とする。
これにより、実施形態２と同様に、チップに切り出す前のウエハ状態で位相誤差特性を評価し、あらかじめ回路を選別することが可能であり、実施形態１や実施形態３に比べ、チップ切り出し後の検査工程を大幅に短縮することができる。
図２１は、本実施形態４の光復調回路400の構成を示す平面図である。ここで光コヒーレントミキサ回路300の構成は実施形態３の図１７と同様である。図２１には、入力導波路401および403、２分岐の光スプリッタ402、偏波ビームスプリッタ404、偏波回転回路405が図示される。他の実施形態と同様に２つの光コヒーレントミキサ300による偏波ダイバーシティ構成となっている。
２つの光コヒーレントミキサ300の各４つの出力ポートは、出力機構であるグレーティングカプラ410、411より、光をほぼチップ基板面の垂直方向（紙面においては手前方向）に出力する構造になっており、その出力光は、チップ基板面上方に設けられたフォトディテクタ（図示せず）で受光される。出力側のグレーティングカプラ410、411はシリコン導波路で形成され、その詳細構造は実施形態２の図１３ＡおよびＢに示した通りである。
一方２つの光コヒーレントミキサ300の入力側で、Si3N4の層に形成された追加入力導波路は、それぞれSi3N4導波路であるモニタ導波路408、409を介して、入力機構であるグレーティングカプラ406、407によって外部上方に設けられた光入力（光ファイバ等）と結合される。グレーティングカプラ406、407はSi3N4導波路で形成される。
図２２Ａは、このようなSi3N4導波路で形成された、図２１の入力側グレーティングカプラ406、407の詳細を示す平面図である。図２２Ａには、テーパ導波路412、グレーティングのコア部分414、グレーティングのギャップ部分413が示されている。
図２２Ｂは、図２２Ａのグレーティングカプラ406、407のXXIIB断面での回路構造が示されている。図２２Ｂで、グレーティングを形成する導波路コア部分414は、Si3N4で形成されている。下部クラッド416、中間クラッド417、上部クラッド418は、ともに石英ガラスで形成されおり、シリコン基板415上に積層されている。
Si3N4導波路414のコア厚さは0.4μm、グレーティングのピッチは1.05μm、各ギャップ413は0.5μmである。上部クラッド418の厚さは1.5μm、中間クラッド417の厚さは0.32μm、下部クラッド416の厚さは2μmである。
一方、図２１の出力側グレーティングカプラ410、411は、シリコン導波路で形成されており、その構成は図１３ＡおよびＢに示すものと同様で、左右が入れ替わった構成になっている。
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る光受信回路について説明する。
図２３は、本実施形態５の光受信回路500の構成を示す平面図である。本実施形態５の受信回路は、実施形態１と同様の光偏波分離・復調回路に加えて、フォトディテクタ510、511を同一チップ上に集積したことを特徴とする。
図２３には、入力導波路501および503は、２分岐の光スプリッタ502、偏波ビームスプリッタ504、偏波回転回路505が示される。これらの構成および機能は実施形態１と同様である。また２つの光コヒーレントミキサ512も、実施形態１の図６に示した通りである。 また２つの光コヒーレントミキサ512の追加入力導波路も実施形態１と同様に、それぞれ交差導波路を含んだモニタ導波路508、509を介して、入力機構506、507でチップの端面に達している。
入力機構506、507の構成は実施形態１の図９に示す通りで、先端が細くなる逆テーパ導波路142をチップ端部に設け、チップ端面で光モード径を拡大し、比較的高効率に光ファイバ等との結合を実現している。逆テーパ導波路142先端の導波路コア幅は、0.15μmである。
一方実施形態１とは異なり、２つの光コヒーレントミキサ512の各４つの出力ポートは、同一チップ上に集積されたフォトディテクタ510、511それぞれに接続され、出力光を電気信号に変換して出力する。フォトディテクタとしてはシリコン導波路と一体集積可能ないわゆる導波路型のゲルマニウムフォトディテクタが用いられる。
図２４Ａは、一般的な導波路型のゲルマニウムフォトディテクタの詳細を示した平面図である。図２４Ａにある線分XXIVBに沿った断面構造を示したのが図２４Ｂになる。図２４Ｂには、シリコン導波路521、シリコン導波路へのpインプラント領域522、シリコン導波路への p++インプラント領域523、シリコン導波路上に成長した Ge結晶524、Ge結晶への nインプラント領域525、電極526、石英で形成された上部クラッド527、同じく石英で形成された下部クラッド528、シリコン基板529が示されている。
本実施形態以降の実施形態においても一般的な構造のゲルマニウムフォトディテクタを用いるが、設計の一例としては、下部クラッド538の厚さは2μm、シリコン導波路521のコア厚さは0.22μm、Ge結晶524の厚さは0.4μm、光の進行方向に対するGe結晶524の長さは50μm、幅は10μmである。
図２５は、図２３の光受信回路において、入力機構506または507からモニタ光を入力し、各フォトディテクタ510または511から出力される電流値の入力光波長依存性(光周波数スペクトル）を示す図である。ここでPD #1、PD #2、PD #3、PD #4の波形はそれぞれ、フォトディテクタ510または511に対する値を上から順に示したものである。これにより、信号光および局発光の入力とは別の入力機構506または507から光を入力することによって、光コヒーレントミキサ回路の４つの出力における干渉条件を、従来技術と同様に解析することができ、したがって光コヒーレントミキサ回路の位相誤差特性評価を実現できる。
つまり本実施形態の光受信回路によれば、従来技術のように信号光および局発光の入力部に遅延回路を設置することなく、別の入力機構506または507から光を入力することによって、２つの光コヒーレントミキサ回路の位相誤差特性を評価できる。この入力機構506または507、およびその後段の光スプリッタおよび遅延回路は、光受信回路の実際の動作には全く影響を与えないため、取り除く必要はない。
以上から本実施形態により、位相誤差特性を評価可能で、遅延回路を切断する工程を必要としない、光受信回路を実現することができる。加えて、本実施形態ではフォトディテクタも光偏波分離・復調回路と同一チップに集積形成している。このため実施形態１のように、チップ外部にフォトディテクタを設けることなく、光受信回路を構成することができ、作製工程が簡略で、低コストな光受信回路を実現することができる。
［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態に係る光復調回路について説明する。
図２６は、本実施形態６の光受信回路600の構成を示す平面図である。本実施形態における光コヒーレントミキサ回路、およびそれにより構成された光受信回路の主な構成は実施形態５と同様であるが、位相誤差評価のためのモニタ入力導波路への入力機構の構成が実施形態５と異なる点が特徴である。
図２６には、入力導波路601および603、２分岐の光スプリッタ602、偏波ビームスプリッタ604、偏波回転回路605が示されている。これらの構成および機能は実施形態５と同様である。また２つの光コヒーレントミキサ612も実施形態５と同様で、すなわち実施形態１の図６に示した通りである。
２つの光コヒーレントミキサ612の追加入力導波路はモニタ導波路608、609を介して、入力機構であるグレーティングカプラ606、607に達している。２つの光コヒーレントミキサ612の各４つの出力ポートは、同一チップ上に集積されたフォトディテクタ610、611それぞれに接続し、出力光が受光される。フォトディテクタとしてはシリコン導波路と一体集積可能なゲルマニウムフォトディテクタが用いられる。
グレーティングカプラ606、607は、チップ面上方に光の方向を転換して入出力することができるため、光の入出力のためにチップの端面を形成する必要がない。これにより、図２６にあるようにモニタ導波路608、609は、他の導波路と交差することなくグレーティングカプラ606、607に達する設計が可能であり、加えて、チップに切り出す前のウエハ状態において、回路に光を入力することができる。一方、チップに集積されたフォトディテクタ610、611においても、ウエハ状態において電極にプローブを接することによって、出力される電流値を測定することが可能である。よってウエハ状態において、各回路の位相誤差特性を測定することが可能である。
以上から本実施形態６では実施形態５と同様、位相誤差特性を評価可能で、遅延回路を切断する工程を必要としない光受信回路を実現することができる。加えてフォトディテクタを同一チップに集積形成していることで、作製工程が簡略で、低コストな光受信回路を実現することができる。
更には、ウエハ状態で各光受信回路における位相誤差特性を評価し、あらかじめ回路を選別することが可能であり、実施形態５に比べ、チップ切り出し後の検査工程を大幅に短縮することができる。
［第７の実施形態］
本発明の第７の実施形態に係る光復調回路について説明する。
図２７は、本実施形態７の光受信回路700の構成を示す平面図である。本実施形態７における光コヒーレントミキサ回路、およびそれにより構成された光受信回路の主な構成は実施形態６と同様であるが、各フォトディテクタの後段にも導波路が形成され、それらが出力機構であるグレーティングカプラに接続している点が特徴である。
図２７には、入力導波路701および703、２分岐の光スプリッタ702、偏波ビームスプリッタ704、偏波回転回路705が図示される。これらの構成および機能は実施形態６と同様である。また２つの光コヒーレントミキサ712も実施形態６と同様で、すなわち実施形態１の図６に示した通りである。
２つの光コヒーレントミキサ712の追加入力導波路はモニタ導波路708、809を介して、入力機構であるグレーティングカプラ706、707に達している。また２つの光コヒーレントミキサ712の各４つの出力ポートは、同一チップ上に集積されたフォトディテクタ710、711それぞれに接続し、出力光が受光される。フォトディテクタとしてはシリコン導波路と一体集積可能なゲルマニウムフォトディテクタが用いられる。これらの構成および機能も実施形態６と同様である。
本実施形態７においては、各フォトディテクタ710、711の後段に更にシリコン導波路を介してグレーティングカプラ713、714が接続される。実施形態６においては、光コヒーレントミキサ回路712の位相誤差特性を評価する際、フォトディテクタ710、711の電極にプローブを接する必要があった。この際フォトディテクタには適切なバイアス電圧をかけるため、そのための電源を用意する必要があった。また過剰にプローブを電極に接すると電極を傷つけ、光受信回路が使用不可能になる可能性があった。
一方本実施形態７では、フォトディテクタ710、711で吸収される光は入力に対してある割合であること利用し、吸収されなかった光を導波路に導いて、グレーティングカプラ713、714から出力する構成になっている。これにより入力にはグレーティングカプラ706、707に光ファイバを結合し、出力にはグレーティングカプラ713、714に光ファイバを結合することで、光コヒーレントミキサ回路712の位相誤差特性を評価することが可能である。この際、フォトディテクタ710、711を利用せず、その電極にプローブを接することが無く、評価はより簡便でかつ、回路が使用不可能になる危険性も無い。
以上から本実施形態７では実施形態６と同様、位相誤差特性を評価可能で、遅延回路を切断する工程を必要としない光受信回路を実現することができる。加えてフォトディテクタを同一チップに集積形成していることで、作製工程が簡略で、低コストな光受信回路を実現することができる。また位相誤差特性の評価はウエハ状態で可能で、チップ切り出し後の検査工程を大幅に短縮することができる。
更には、位相誤差特性の評価はフォトディテクタを使用しないため、実施形態６に比べ、評価が簡便で、評価によって回路が使用不能になる危険性を回避することができる。
［第８の実施形態］
本発明の第８の実施形態に係る光復調回路について説明する。
図２８は、本実施形態８の光受信回路800の構成を示す平面図である。本実施形態８における光コヒーレントミキサ回路、およびそれにより構成された光受信回路の主な構成は図２０の実施形態３と同様であり、対応する構成要素の説明は省略するが、本実施形態８の光受信回路においても図２０の実施形態３と同様に、２つの光コヒーレントミキサ812で、Si3N4の層に形成されたモニタ入力導波路は、それぞれSi3N4導波路であるモニタ導波路808、809を介して、チップの端面に達している。
また、本実施形態８の２つの光コヒーレントミキサ812の各４つの出力ポートは、同一チップ上に集積されたフォトディテクタ810、811それぞれに接続され、出力光が電気信号に変換出力される。
よって本実施形態８によっても、位相誤差特性を評価可能で、遅延回路を切断する工程を必要としない光復調回路を実現することができる。
また、本実施形態８では、Si3N4導波路で構成されたモニタ入力導波路808、809は光ファイバとの結合効率が優れているため、比較的高精度に位相誤差を評価することが可能であり、シリコン導波路と損失なく交差を実現できるので、従来と比べて回路損失を増加させることなく、光復調回路を実現することができる。
加えて、本実施形態ではフォトディテクタも光偏波分離・復調回路と同一チップに集積形成している。このため実施形態１のように、チップ外部にフォトディテクタを設けることなく、光受信回路を構成することができ、作製工程が簡略で、低コストな光受信回路を実現することができる。
［第９の実施形態］
本発明の第９の実施形態に係る光復調回路について説明する。
図２９は、本実施形態９の光受信回路900の構成を示す平面図である。本実施形態９の主な構成は図２８の実施形態８と同様であり、対応する構成要素の説明は省略するが、本実施形態９の光受信回路においては図２７の実施形態７と同様に、各フォトディテクタ910、911の後段に更にシリコン導波路を介してグレーティングカプラ913、914が接続される。
フォトディテクタ910、911で吸収される光は入力に対してある割合であること利用し、吸収されなかった光を導波路に導いて、グレーティングカプラ913、914から出力する構成になっている。これに光ファイバを結合することで、光コヒーレントミキサ回路912の位相誤差特性を評価することが可能である。この際、フォトディテクタ910、911を利用する必要は無く、その電極にプローブを接することも不要であり、評価はより簡便でかつ、回路が使用不可能になる危険性も無い。
以上から本実施形態９では実施形態8と同様、位相誤差特性を評価可能で、遅延回路を切断する工程を必要としない光受信回路を実現することができる。加えてフォトディテクタを同一チップに集積形成していることで、作製工程が簡略で、低コストな光受信回路を実現することができる。
また図示には無いが、図２１の実施形態４と同様にモニタ光入力機構にもグレーティングカプラを設ければ、位相誤差特性の評価はウエハ状態で可能で、チップ切り出し後の検査工程を大幅に短縮することができる。
更には、位相誤差特性の評価はフォトディテクタを使用しないため、実施形態８に比べ、評価が簡便で、評価によって回路が使用不能になる危険性を回避することができる。
以上９つの実施形態から、本発明により、遅延回路を切断する工程を必要とせず、位相誤差特性を評価可能であるところの、光コヒーレントミキサ回路および光偏波分離・復調回路が実現できることを示した。
全ての実施の形態では、上部クラッド、および下部クラッドの材料として石英ガラスを用いたが、本発明の適用範囲は、この材料に限定されるものではない。実施形態３、４、８，９では、Si3N4より屈折率の低い材料で形成されれば良く、その他の実施形態ではシリコンより屈折率の低い材料で形成されれば良い。
全ての実施の形態では、上部クラッドおよび下部クラッドの厚さとして特定の数値を用いたが、本発明の適用範囲は、この数値に限定されるものではなく、コアと同程度以上の厚さがあればよい。
各実施の形態では、２分岐の光スプリッタの構成を具体的に述べていないが、シリコンまたはSi3N4導波路において２分岐の光スプリッタを実現する手法は、多数が公知であり、そのどの手法も適用することができる。代表的な手法としては１入力、２出力のMMI等がある。
各実施の形態では、偏波ビームスプリッタの構成を具体的に述べていないが、シリコン導波路において偏波ビームスプリッタを実現する手法は、多数が公知であり、そのどの手法も適用することができる。代表的な手法としては単純な方向性結合器がある。
各実施の形態では、偏波回転回路の構成を具体的に述べていないが、シリコン導波路において偏波回転回路を実現する手法は、多数が公知であり、そのどの手法も適用することができる。１例としては特許文献１がある。
以上説明したように、本発明により、遅延回路を切断する工程なしに、位相誤差測定を可能とした、光コヒーレントミキサ回路、光復調回路および光受信回路を提供することができる。また加えて、チップに切断する以前のウエハ状態で位相誤差測定を可能とした、光復調回路および光受信回路を提供することができる。よって本発明により、光コヒーレントミキサ回路および光偏波分離・復調回路の製造時間、コストを削減し、またウエハ当たりのチップ収率を増大することができる。
9100、130、200、220、330、400、500、600、700、800、900 ……光偏波分離・復調回路（光復調回路、光受信回路）
9104、9105、100、300、512、612、712、812、912 ……光コヒーレントミキサ回路
9101、134、204、334、404、504、604、704、804、904 ……偏波ビームスプリッタ
9102、135、205、335、405、505、605、705、805、905 ……偏波回転回路
9103、107、132、202、332、402、502、602、702、802、902 ……光パワースプリッタ
307 ……光パワースプリッタ（Si3N4導波路）
9106、9107、510、511、610、611、710、711、810、811、910、911 ……フォトディテクタ
9204、9205、101、102、131、133、201、203、301、302、331、333、401、403、501、503、601、603、701、703、801、803、901、903 ……入力導波路
9200、108、138、139、208、209、508、509、608、609、708、709 ……モニタ入力導波路
308、338、339、408、409、808、809、908、909 ……モニタ入力導波路（Si3N4導波路）
9206、9207、9208、9209、104、304 ……出力導波路
9202、9203、105、106、309、310 ……遅延回路
305、306 ……遅延回路（Si3N4導波路）
9401、103、303 ……マルチモード干渉回路（MMI回路）
136、137、206、207、221、222、406、407、506、507、606、607、706、707 ……入力機構
140、141、210、211、340、341、410、411、713、714、913,914 ……出力機構
311、312 ……層間接続部
121、217、324、418、527 ……上部クラッド
323、417 ……中間クラッド
122、216、322、416、528 ……下部クラッド
123、215、321、415、529 ……シリコン基板

Claims (6)

  1. クラッドが石英で形成されたシリコン導波路による４入力４出力のマルチモード干渉回路を有してなり、前記マルチモード干渉回路の奇数番目または偶数番目の２つの入力は入力導波路を介して外部からの信号光および参照光の入力機構に接続し、前記マルチモード干渉回路の４つの出力はすべて出力導波路を介して外部への出力機構に接続された、光コヒーレントミキサ回路であって、
    前記マルチモード干渉回路の他の２つの入力にはモニタ導波路を接続し、
    前記モニタ導波路は、一方が他方よりも長くあって光遅延回路を構成し、
    更に前記光遅延回路を構成する前記モニタ導波路は、２分岐光スプリッタの各出力に接続し、
    前記２分岐光スプリッタの入力は、モニタ入力導波路を介して外部からのモニタ光入力機構に接続しており、
    前記モニタ導波路の少なくとも一部はクラッドが石英で形成されたシリコン導波路で形成され、
    前記モニタ導波路の残りの部分、および前記モニタ導波路に接続する前記２分岐光スプリッタ、および前記モニタ入力導波路、および前記モニタ入力導波路に接続する前記モニタ光入力機構は、前記シリコン導波路と別層に形成される光導波路で形成され、
    前記モニタ導波路のシリコン導波路で形成される前記一部と、前記シリコン導波路と別層に形成される光導波路は層間結合しており、
    前記層間結合は、前記モニタ導波路のシリコン導波路で形成される前記一部と、前記シリコン導波路と別層に形成される光導波路のそれぞれの先端がテーパ形状をなし、前記テーパ形状の前記先端の部分が基板平面視で対向する方向で重畳する構造であり、
    前記シリコン導波路と別層に形成される光導波路の導波路材料の屈折率はシリコンと石英の中間の屈折率であり、
    前記シリコン導波路と別層に形成される光導波路の基板上面から見たテーパ形状基部に於ける幅は、シリコンで形成された前記モニタ導波路のテーパ形状基部に於ける幅よりも大きく形成されていること
    を特徴とする、光コヒーレントミキサ回路。
  2. 請求項１記載の光コヒーレントミキサ回路であって、
    前記マルチモード干渉回路の出力導波路に導波路交差を含むこと、
    を特徴とする、光コヒーレントミキサ回路。
  3. 請求項１記載の光コヒーレントミキサ回路であって、
    前記信号光および参照光の入力機構、モニタ光入力機構、および出力機構の少なくとも一つがグレーティングカプラであること、
    を特徴とする、光コヒーレントミキサ回路。
  4. 請求項１記載の光コヒーレントミキサ回路であって、
    前記出力機構にはフォトディテクタが接続されていること、
    を特徴とする、光コヒーレントミキサ回路。
  5. 請求項４記載の光コヒーレントミキサ回路であって、
    前記フォトディテクタの後段にはグレーティングカプラが設けられており、
    前記フォトディテクタで吸収されなかった光をグレーティングカプラから出力すること、
    を特徴とする、光コヒーレントミキサ回路。
  6. 請求項１記載の光コヒーレントミキサ回路を２つ搭載した偏波分離型光コヒーレントミキサ回路であって、
    前記入力機構から入力された参照光は光スプリッタで２分岐され、２つの光コヒーレントミキサ回路のそれぞれに入力され、
    前記入力機構から入力された信号光は偏波ビームスプリッタにより光偏波分離され、
    光偏波分離された一方の偏波信号光は第１の光コヒーレントミキサ回路に入力され、
    光偏波分離された他方の偏波信号光は偏波回転回路を経て第２の光コヒーレントミキサ回路に入力され、
    ２つのモニタ光入力機構からは、２つの光コヒーレントミキサ回路のそれぞれにモニタ光が入力され、
    コヒーレント方式の偏波ダイバーシティ構成としたことを特徴とする偏波分離型光コヒーレントミキサ回路。
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