JP7156472B2 - 光モニタ回路 - Google Patents

Description

本発明は光回路の光モニタ回路、詳しくは偏波ダイバーシティ構成を有する光回路における光モニタ回路に関する。

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つの偏波の光（偏光）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。

各偏波に信号を付与する際の信号フォーマットには様々なものがあるが、現在最も盛んに商用導入が進められているシステムは、チャネルあたり100ギガビット／秒の通信容量を有するQPSK（Quadrature Phase Shift Keying）を採用したものがほとんどである。

（従来の光送信回路）
図１（a）は、従来技術による偏波多重方式の光伝送システムに用いられる光回路として、デジタルコヒーレント偏波多重QPSK方式の光送信回路の機能構成を示すものである。図１（a）には、連続光を発生する光源(9100)、偏波多重QPSK光変調器(9101)、可変光減衰器（ＶＯＡ: Variable Optical Attenuator）(9102)、光分岐回路(9103)、光検出器（ＰＤ: Photo Detector、フォトディテクタ）(9104)が示される。

光変調器(9101)は、光源(9100)からの連続光と図示しない送信電気信号がそれぞれ入力され、電気信号によって連続光を変調して光信号として伝送路へ送出する機能を持つ。このとき、光分岐回路(9103)によって主信号経路上の信号光から一部の光パワーをモニタ光として分岐し、ＰＤ(9104)によって受光して送出される光信号強度（光パワー）を監視する光モニタ回路を設けるのが一般的である。モニタ結果に応じてＶＯＡ（可変光減衰器）(9102)を駆動し、光信号強度を調節することができる。

偏波多重方式の光送信回路においては、将来的には更なる回路の小型化が求められる。この目的のため、ＩｎＰ（インジウム燐）光導波路やシリコン光導波路による光集積回路（ＰＩＣ: Photonic Integrated Circuit）により、複数の要素光回路を同一チップに集積する研究開発が進められている。

具体的には、光変調器(9101)に加えて、ＶＯＡ(9102)、光分岐回路(9103)、ＰＤ(9104)を全て１チップに集積し、更には光源(9100)も集積することが検討されている。一方で、一般にＩｎＰ光導波路やシリコン光導波路による光回路の特性は、強い偏波依存性を有する。このため、偏波多重方式の光送信回路あるいは光受信回路は、２つの偏波にそれぞれ対応した回路系統を有する、偏波ダイバーシティ構成をとるのが通常である。

図１（b）は、図１（a）の光送信回路を光集積回路として実現した、偏波ダイバーシティ構成の光送信回路(9116)の構成を詳細に示したものである。ここで光源(9100)は集積しないものとした。

図１（b）には、主信号経路として、図示しない光源からの連続光を分岐する光パワースプリッタ(9105)、分岐された連続光を２つの偏波に対応する変調電気信号でそれぞれ変調するＹ偏波光変調回路(9106)とＸ偏波光変調回路(9107)、Ｙ偏波光変調回路(9106)からの変調光を偏波回転する偏波回転器(9108)、異なる偏波となった２つの変調光を偏波合流する回路である偏波ビームコンバイナ(9109)が示される。

また図１（b）には、光信号強度のモニタ、調節機能として、ＶＯＡ（可変光減衰器）(9110)(9111)、光分岐回路(9112)(9113)、ＰＤ（光検出器）(9114)(9115)が示される。 図１（b）において、一点鎖線の枠に囲まれた光送信回路(9116)の上記各要素回路は、例えばシリコン光導波路によって同一チップに集積される。

光送信回路(9116)のチップには図左方の図示せぬ光源よりＴＥ偏光の連続光が入力し、光パワースプリッタ(9105)で２つに分岐され、変調回路(9106)、(9107)でそれぞれ変調される。Ｙ偏波光変調回路(9106)からの変調されたＴＥ偏光出力は、偏波回転器(9108)によってＴＭ偏光に変換され、Ｘ偏波光変調回路(9107)からの変調されたＴＥ偏光出力とともに、偏波ビームコンバイナ(9109)によって偏波多重信号に合成されて、伝送路へ出力される。

Ｙ偏波光変調回路(9106)とＸ偏波光変調回路(9107)は同一設計であり、ＴＥ偏光に対して動作する設計となっている。

また、Ｙ偏波光変調回路(9106)、Ｘ偏波光変調回路(9107)の後段には、ＶＯＡ(9110)(9111)、光分岐回路(9112)(9113)、ＰＤ(9114)(9115)がそれぞれ設置され、各偏波成分ごとに光信号強度をモニタし、調節する機能を有する。各ＶＯＡ(9110)(9111)、光分岐回路(9112)(9113)、ＰＤ(9114)(9115)は同一設計であり、ＴＥ偏光に対して動作する設計となっている。

本来、光モニタとＶＯＡの機能は、図１（a）にあるように、送出前の偏波多重された信号に対して一括で作動すれば目的は足りる。しかし、集積された光回路には強い偏波依存性があるため、光の偏光によらず同様な動作をするＶＯＡや光分岐回路を実現することは困難である。よって現実的な構成として、ＶＯＡや光モニタに関しても偏波ダイバーシティ構成を利用し、各偏波成分ごとに光信号強度をモニタし、調整する構成となっている。

（従来の光受信回路）
図２（a）には、従来技術による光回路として、デジタルコヒーレント方式の光受信回路の機能構成を示す。

図２（a）には、図示しない局発光源からの光入力経路(9201)、伝送路から受信した信号光の入力経路(9202)、光受信回路(9203)、光分岐回路(9204)、ＰＤ（光検出器）(9205)、 検出された図示せぬモニタ信号を受けて光パワーを調節するＶＯＡ（可変光減衰器）(9206)が示される。

光受信回路(9203)は、局発光源からの連続光と信号光がそれぞれ入力され、信号光を復調して電気信号に変換する機能を持つ。このとき、光分岐回路(9204)によって主信号経路上の信号光から一部の光パワーをモニタ光として分岐し、ＰＤ(9205)によって受光して入力される光信号強度をモニタし、ＶＯＡ(9206)によって光信号強度を調節する光モニタ機能をさらに有するのが一般的である。また光信号強度をモニタすることで、何らかの異常で光信号が入力されない状態（信号断）を感知できることも、一般的に求められる機能である。

図２（b）は、図２（a）の光受信回路を光集積回路として実現した、偏波ダイバーシティ構成の光受信回路(9220)の構成を詳細に示している。

図２（b）には、主信号経路として、経路(9202)から受信した偏波多重信号光を偏波分離する偏波分離回路である偏波ビームスプリッタ(9207)、偏波回転器(9208)、光パワースプリッタ(9209)、Ｙ偏波用の光コヒーレントミキサ(9210)、Ｘ偏波用の光コヒーレントミキサ(9211)、復調された光信号を電気信号に変換するＰＤ(9212)(9213)が示される。また、光モニタおよび調節機能関連として、光分岐回路(9214)(9215)、ＰＤ(9216)(9217)、ＶＯＡ(9218)(9219)が示される。

図２（b）において、一点鎖線の枠に囲まれた光受信回路(9220)の要素回路は、例えばシリコン光導波路によって同一チップに集積される。

光受信回路(9220)のチップには、図２(b)右方より図示しない復調用の局発光の光源から経路(9201)へＴＥ偏光の連続光が入力し、光パワースプリッタ(9209)で２つに分岐され、光コヒーレントミキサ(9210)(9211)にそれぞれ入力する。同時に、伝送路から受信され、経路(9202)へ入力した偏波多重の光信号は、偏波分離回路である偏波ビームスプリッタ(9207)によってＴＥ偏光とＴＭ偏光に分離され、ＴＭ偏光はさらに偏波回転器(9208)によってＴＥ偏光に変換され、光コヒーレントミキサ(9210)(9211)にそれぞれ入力される。各光コヒーレントミキサ(9210)(9211)では信号光と局発光との干渉によって信号が復調され、更にＰＤ(9212)(9213)によって電気信号に変換されて出力される。

Ｙ偏波用の光コヒーレントミキサ(9210)、Ｘ偏波用の光コヒーレントミキサ(9211)は同一設計であり、ＴＥ偏光に対して動作する設計となっている。また、Ｙ偏波用の光コヒーレントミキサ(9210)、Ｘ偏波用の光コヒーレントミキサ(9211)の前段には、光分岐回路(9214)(9215)、ＰＤ(9216)(9217)、ＶＯＡ(9218)(9219)がそれぞれ設置され、各偏波成分ごとに光信号強度をモニタし、調節する機能を有する。各光分岐回路(9214)(9215)、ＰＤ(9216)(9217)、ＶＯＡ(9218)(9219)は同一設計であり、ＴＥ偏光に対して動作する設計となっている。

光受信回路においても、本来、光モニタとＶＯＡの機能は、図２（a）にあるように、入力直後の偏波多重された信号に対して一括で作動すれば目的は足りる。しかし、集積された光回路には強い偏波依存性があるため、光の偏光によらず同様な動作をするＶＯＡや光分岐回路を実現することは困難である。よって現実的な構成として、ＶＯＡや光モニタに関しても偏波ダイバーシティ構成を利用し、各偏波成分ごとに光信号強度をモニタし、調整する構成となっている。

（光分岐回路）
図３は、従来技術における、図１(b)のモニタ光の光分岐回路(9112)(9113)、あるいは図２(b)のモニタ光の光分岐回路(9214)(9215)を、シリコン光集積回路として実現した場合の具体的な構成を示したものである。このような光分岐回路は、図のような方向性結合器によって実現されている。

図３には、入出力の光導波路(9301)(9302)(9303)(9304)、方向性結合器(9305)が示される。設計の例としては、シリコンで形成された導波路コアの幅0.5μm、厚さを0.22μm、オーバークラッドおよびアンダークラッドは石英であるとして、方向性結合器(9305)の導波路間ギャップは0.3μm、長さは15μmとされる。これにより光導波路(9301)から入力する光パワーの93％を光導波路(9303)へ出力し、７％を光導波路(9304)へ出力する、分岐率７％の光分岐回路を実現することができる。

図４は、同様に従来技術におけるモニタ光の光分岐回路(9112)(9113)、あるいは光分岐回路(9214)(9215)を、シリコン光集積回路として実現した場合の別の構成を示したものである。構成はＷＩＮＣ（Wavelength Independent Coupler）と称されるもので、単なる方向性結合器で光分岐回路を構成した場合に比較して、分岐比の波長依存性を抑制することが可能である。

図４には、入出力の光導波路(9501)(9502)(9503)(9504)、方向性結合器(9505)(9506)、遅延導波路(9507)(9508)が示される。設計の例としては、シリコンで形成された導波路コアの幅0.5μm、厚さを0.22μm、オーバークラッドおよびアンダークラッドは石英であり、方向性結合器(9505)(9506)の導波路間ギャップは0.3μm、長さは67μm、遅延導波路(9507)(9508)の遅延量は0.25μmである。これにより光導波路(9501)から入力する光パワーの93％を光導波路(9503)へ出力し、7％を光導波路(9504)へ出力する、7％の光分岐回路を実現することができる。

（フォトディテクタ）
図５は、従来技術におけるモニタ光の受光素子である、図１(b)のＰＤ(9114)(9115)、あるいは図２(b)のＰＤ(9216)(9217)を、シリコン光集積回路として実現した例として、一般的なゲルマニウムフォトディテクタの構造を示したものである。ここで図５（a）は上部から見た平面図、図５（b）は図５（a）におけるA-A’の断面構成を示した図である。

図５には、モニタ光の入力するシリコン導波路(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)が示される。

一般的な構造のゲルマニウムフォトディテクタの設計の一例としては、下部クラッドの厚さは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。

（偏波分離合流回路）
図６は、従来技術における主信号経路上の、図１(b)の偏波ビームコンバイナ（偏波合流回路）(9109)、あるいは図２(b)の偏波ビームスプリッタ（偏波分離回路）(9207)を、シリコン光集積回路として実現した場合の具体的な構成を示す。このような偏波合流または分離を行う偏波分離合流回路は、光信号の双方向性により図６のような方向性結合器によって実現することができる。

なお、以下同様であるが、偏波ダイバーシティ構成の光回路において、受信した偏波多重信号光をＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分の信号に分離する光受信回路の偏波分離回路（偏波ビームスプリッタ）と、送信するＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分の信号を偏波多重信号光に合流する光送信回路の偏波合流回路(偏波ビームコンバイナ)とを、あわせて偏波分離合流回路と呼ぶことができる。

図６（ａ）は、単一の方向性結合器で偏波分離合流回路を構成する例である。図６（ａ）には、入出力の光導波路(9601)(9602)(9603)(9604)、方向性結合器(9605)が示される。設計の例としては、シリコンで形成された導波路コアの幅0.5μm、厚さを0.22μm、オーバークラッドおよびアンダークラッドは石英であるとして、方向性結合器(9305)の導波路間ギャップは0.4μmとされる。

図７は、上記の方向性結合器の長さに対する、ＴＥ偏波、ＴＭ偏波の結合率の変化（結合特性の回路長依存性）を示した図である。ＴＭ偏波はＴＥ偏波と比較して結合が強いため、図７で方向性結合器の長さを15μmとすると、ＴＭ偏波（実線）は、ほぼ100%の光パワーが結合するのに対し、ＴＥ偏波（点線）の結合率はわずか数%である。よって、図６（a）で、右上の光導波路(9603)から入力するＴＥ／ＴＭの偏波多重光が、ＴＭ偏波はほぼ左下の光導波路(9602)から出力され、ＴＥ偏波はほぼ左上の光導波路(9601)から出力される、偏波分離回路として機能する。また図６の双方向の矢印に示すように、逆方向の左から右には偏波合流回路として機能する。ここで、偏波分離回路として単一の方向性結合器で実現できる偏波消光比は15dB程度である。

より大きな偏波消光比の偏波分離回路が必要な場合には、図６（ｂ）のように方向性結合器を複数段構成とすることで実現される。図６（ｂ）には、入出力の光導波路(9611)(9612)(9613)(9614)と、その間にそれぞれ、図６（ａ）の方向性結合器(9605)と同設計の２つの方向性結合器(9615)(9616)が示される。これにより光導波路(9611)から入力したＴＭ偏光は、光導波路(9614)に分離出力されるが、そのときの偏波消光比は２段の偏波分離を経ることで30dB程度に向上する。

（偏波回転回路）
図８は、従来技術における、主信号経路上の偏波回転回路(9801)の構成を示した平面図である。図８には、左右に入出力の光導波路(9802) (9809)、その間に右からリブ導波路のリブ部分(9803)、リブ導波路のスラブ部分(9804)、分岐回路(9805)、遅延導波路(9806)(9807)、合流回路(9808)が示される。この偏波回転回路(9801)は双方向に動作可能であるが、例えば右の光導波路(9802)から入力したＴＭ偏光をＴＥ偏光に変換して、左の光導波路(9809)から出力し、逆に左の光導波路(9809)から入力したＴＥ偏光をＴＭ偏光に変換して、右の光導波路(9802)から出力する機能を有する。

偏波回転の実現は、ＴＭ偏光の基本モード光をＴＥ偏光の１次モードに変換する偏波変換と、ＴＥ偏光の１次モードをＴＥ偏光の基本モードに変換するモード変換の組合せにより行われる。ここではリブ導波路(9803)(9804)が偏波変換の機能を有し、分岐回路(9805)、遅延導波路(9806)(9807)、合流回路(9808)で構成される干渉回路が、モード変換の機能を有する。

H Fukuda et al, Silicon photonic circuit with polarization diversity,Optics Express vol. 16 p4872-p4880 (2008)

デジタルコヒーレント偏波多重方式における、偏波ダイバーシティ構成の光送信回路、光受信回路における送受信光パワーのモニタにおいては、偏波回転・合流する上流、あるいは偏波分離・回転する下流において、各偏波の主信号経路上において信号光からモニタ光を分岐し、それぞれモニタＰＤで受光してモニタする構成がとられていた。

しかし、実際にモニタすべき光パワーは偏波多重信号光のトータルパワーであり、従来構成においては、各偏波の経路で受光され、電流レベルに変換されたモニタ信号を、光回路の外部で加算して和を取る必要があった。

この点において、
（１）加算を行うために電気回路を付加する必要があり、光送受信機の制御回路が複雑化・高コスト化する
（２）モニタ信号をシリコン光集積回路から外部に取り出す配線が多く、パッケージ設計および実装が複雑化する
（３）各偏波の経路の光パワーを受光するＰＤの受光感度の個体差によって、光パワーのモニタ精度が劣化する
という問題があった。

（従来の解決法とその課題）
上記問題に対し各偏波の経路より光を分岐し、その分岐した光を方向性結合器やマルチモード干渉回路（ＭＭＩ: MultiMode Interferometer）などで合波し、単一のフォトダイオード（ＰＤ）で受光する、という手法が本願発明者らにより先に出願されている（特願２０１６－１７４９３２号）。

この手法は上記において述べた（１）～（３）の課題をすべて解決しうる。しかし一方で、単一のＰＤの前の導波路でＭＭＩにより光を合波し、ＰＤに合波した光を導入する上記手法では、合波する光回路自体の損失が出る問題や、異なる偏波を合波する回路を設計する必要があるため合波効率が低い問題、更にはＭＭＩを使った場合にはＭＭＩの持つ原理的な損失（原理損）により、追加的に３ｄＢの損失が発生する、といった新たな課題が生じていた。

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、偏波ダイバーシティ構成の光送信回路、光受信回路における送受信光パワーのモニタにおいて、ＴＥ偏波成分の信号が通過する経路上に第１のモニタ光分岐回路を設け、ＴＭ偏波成分の信号が通過する経路上に第２のモニタ光分岐回路を設けて、２光入力の単一のＰＤによって偏波多重信号光のパワーをモニタ可能な構成とすることにより、単純・低コストな制御回路での制御を可能とし、必要な配線数が少なく抑えられ、モニタ精度に優れた、送受信光パワーのモニタを提供することにある。

ここで、ＴＥ偏波成分の信号が通過する経路、ＴＭ偏波成分の信号が通過する経路とは、必ずしもＴＥ偏波の光信号だけ、あるいはＴＭ偏波の光信号だけが通過する経路である必要はない。すなわち、検出対象となるＴＥ偏波の光信号、あるいはＴＭ偏波の光信号に対応する光信号が通過する経路であれば、例えば偏波多重された光信号であっても良い。また、モニタ光分岐回路はモニタ光の分岐のための専用の回路である必要は無い。

本発明は、このような目的を達成するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。

１つの実施態様は、偏波多重信号光をＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分の信号に分離し、またはＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分の信号を偏波多重信号光に合流する偏波分離合流回路と、そのＴＭ偏波経路に更に接続してＴＭ偏光とＴＥ偏光を変換する偏波回転回路を備える偏波ダイバーシティ構成の光回路において、
主信号経路上の信号光から一部の光パワーをモニタ光として分岐して受光し、信号光のパワーを監視する光モニタ回路であって、
前記光モニタ回路は、
前記偏波ダイバーシティ構成の光回路において、ＴＥ偏波成分の信号が通過する経路上にＴＥ偏波成分用の第１のモニタ光分岐回路を有し、
ＴＭ偏波成分の信号が通過する経路上にＴＭ偏波成分用の第２のモニタ光分岐回路を有し、
前記ＴＥ偏波成分用の光分岐回路で分岐されたモニタ光と、前記ＴＭ偏波成分用の光分岐回路で分岐されたモニタ光を合流する光合流手段を更に有し、
前記光合流手段の出力に更に接続され、前記第１のモニタ光分岐回路で分岐されたモニタ光を導波する導波路と、前記第２のモニタ光分岐回路で分岐されたモニタ光を導波する導波路と接続される、２光入力の単一のフォトディテクタから構成され、
前記ＴＭ偏波成分用の第２のモニタ光分岐回路は、前記偏波分離合流回路の、偏波分離合流機能には寄与しない出力用の光導波路を分岐用の光導波路とし、前記偏波分離合流回路が前記ＴＭ偏波成分用の光分岐回路の機能も有することを特徴とする、光モニタ回路である。
（発明の構成１）
偏波分離合流回路と、ＴＭ偏光とＴＥ偏光の間で偏波回転する偏波回転回路を有する偏波ダイバーシティ構成の光回路において、主信号経路から一部の光パワーを分岐して受光し、信号光のパワーを監視する光モニタ回路であって、
前記光モニタ回路は、
ＴＥ偏波成分の信号が通過する経路上に第１のモニタ光分岐回路を有し、
ＴＭ偏波成分の信号が通過する経路上に第２のモニタ光分岐回路を有し、
前記第１のモニタ光分岐回路で分岐されたモニタ光を導波する導波路と、前記第２のモニタ光分岐回路で分岐されたモニタ光を導波する導波路と接続される、２光入力の単一のフォトディテクタを有する
ことを特徴とする、光モニタ回路。

（発明の構成２）
前記偏波分離合流回路が偏波合流回路であって、
前記偏波回転回路は前記偏波合流回路の前段の前記ＴＭ偏波成分の信号が通過する経路上にあり、
前記第１のモニタ光分岐回路は、前記偏波合流回路の前段のＴＥ偏波成分の信号が通過する経路上にあり、
前記第２のモニタ光分岐回路は、前記偏波合流回路の後段の経路上、または前記偏波回転回路の後段から前記偏波合流回路の間の経路上、または前記偏波回転回路の前段の経路上にあり、あるいは前記偏波合流回路の偏波合流機能には寄与しない出力ポートを分岐ポートとして前記偏波合流回路が前記ＴＭ偏波成分用の光分岐回路の機能も有する
ことを特徴とする、発明の構成１記載の光モニタ回路。

（発明の構成３）
前記偏波分離合流回路が偏波分離回路であって、
前記偏波回転回路は前記偏波分離回路の後段の前記ＴＭ偏波成分の信号が通過する経路上にあり、
前記第１のモニタ光分岐回路は、前記偏波分離回路の後段のＴＥ偏波成分の信号が通過する経路上にあり、
前記第２のモニタ光分岐回路は、前記偏波分離回路の前段の経路上、または前記偏波分離回路の後段から前記偏波回転回路の間の経路上、または前記偏波回転回路の後段の経路上にあり、あるいは前記偏波分離回路の偏波分離機能には寄与しない出力ポートを分岐ポートとして前記偏波分離回路が前記ＴＭ偏波成分用の光分岐回路の機能も有する
ことを特徴とする、発明の構成１記載の光モニタ回路。

（発明の構成４）
前記光モニタ回路は、シリコンベースの導波路で形成されており、
前記偏波分離合流回路は、方向性結合器、あるいは方向性結合器と遅延回路から成るＷＩＮＣで構成される
ことを特徴とする、発明の構成１記載の光モニタ回路。

（発明の構成５）
前記２光入力の単一のフォトディテクタの２つの入力導波路は、光軸をずらすように対向配置される
ことを特徴とする、発明の構成１記載の光モニタ回路。

（発明の構成６）
前記モニタ光分岐回路は、方向性結合器、あるいは方向性結合器と遅延回路から成るＷＩＮＣで構成される
ことを特徴とする、発明の構成１から５のいずれかに記載の光モニタ回路。

（発明の構成７）
前記偏波ダイバーシティ構成の光回路は、
光パワースプリッタと、
前記光パワースプリッタに接続するＴＥ偏波成分用とＴＭ偏波成分用の光変調回路と、
前記ＴＭ偏波成分用の光変調回路に更に接続する前記偏波回転回路と、
前記ＴＥ偏波成分用の光変調回路および前記偏波回転回路に更に接続する前記偏波合流回路と
から構成される光送信回路である
ことを特徴とする、発明の構成２に記載の光モニタ回路。

（発明の構成８）
前記偏波ダイバーシティ構成の光回路は、
入力ポートに接続する前記偏波分離回路と、
前記偏波分離回路に接続する前記偏波回転回路を有し、
更に別の入力ポートに接続する光パワースプリッタを有し、
前記偏波分離回路の１出力と、前記光パワースプリッタの１出力に接続するＴＥ偏波成分用の光コヒーレントミキサと、
前記偏波回転回路と、前記光パワースプリッタの他方の出力に接続するＴＭ偏波成分用の光コヒーレントミキサと、
前記ＴＥ偏波成分用およびＴＭ偏波成分用の光コヒーレントミキサそれぞれに接続するフォトディテクタ
から構成される光受信回路である
ことを特徴とする、発明の構成３に記載の光モニタ回路。

以上記載したように、本発明によれば、偏波ダイバーシティ構成の光送信回路、光受信回路における送受信光パワーのモニタにおいて、単一のＰＤによって偏波多重信号光のパワーをモニタ可能な構成により、単純・低コストな制御回路での制御を可能とし、必要な配線数が少なく抑えられ、モニタ精度に優れた、送受信光パワーのモニタを提供することが可能となる。

従来の光送信回路（光変調回路）における光パワーモニタの実現構成を示す図である。 従来の光受信回路における光パワーモニタの実現構成を示す図である。 従来の光送信回路あるいは光受信回路における光分岐回路の実現例である。 従来の光送信回路あるいは光受信回路における光分岐回路の別の実現例（ＷＩＮＣ）である。 一般的なゲルマニウムフォトディテクタの構造を示す図である。 従来の偏光送信回路あるいは光受信回路における偏波合流・分離回路の実現例を示す図である。 図６の方向性結合器におけるＴＥ／ＴＭ光の結合特性の回路長依存性を示す図である。 従来の光送信回路あるいは光受信回路における偏波回転回路の実現例を示す図である。 本発明の実施例１の光送信回路（偏波多重光変調回路）における光パワーモニタの実現構成を示す図である。 本発明の光パワーモニタに用いられる２光入力のゲルマニウムフォトディテクタの構造を示す図である。 本発明の実施例１の光受信回路における光パワーモニタの実現構成を示す図である。 本発明の実施例１の光送信回路あるいは光受信回路におけるＴＭ偏波用の光分岐回路の実現例を示す図である。 図１２の方向性結合器におけるＴＥ／ＴＭ光の結合特性の、回路長および波長依存性を示す図である。 本発明の実施例１の光送信回路あるいは光受信回路におけるＴＭ偏光用の光分岐回路の別の実現例である。 図１４の光分岐回路におけるＴＥ／ＴＭ光の分岐特性の波長依存性を示す図である。 本発明の実施例２の光送信回路（偏波多重光変調回路）における光パワーモニタの実現構成を示す図である。 本発明の実施例２の光受信回路における光パワーモニタの実現構成を示す図である。 本発明の実施例３の光送信回路（偏波多重光変調回路）における光パワーモニタの実現構成を示す図である。 本発明の実施例３の光受信回路における光パワーモニタの実現構成を示す図である。 本発明の実施例３の光送信回路の偏波ビームコンバイナの構成例１を示す図である。 本発明の実施例３の光送信回路の偏波ビームコンバイナの構成例２を示す図である。 本発明の実施例３の光送信回路の偏波ビームコンバイナの構成例３を示す図である。 本発明の実施例３の光送信回路の偏波ビームコンバイナの構成例４を示す図である。 本発明の実施例３の光受信回路の偏波ビームスプリッタの構成例１を示す図である。 本発明の実施例３の光受信回路の偏波ビームスプリッタの構成例２を示す図である。 （a）は図２０、図２２、図２４の方向性結合器2109、2512、2712におけるＴＥ／ＴＭ偏光の結合特性の回路長依存性、（b）は回路長11μmのときの、ＴＭ偏光の分岐率を示す図である。 （a）は図２１、図２３、図２５のＷＩＮＣ 2109、2612、2812におけるＴＭ偏光の分岐特性の回路長依存性、（b）は図２１、図２３、図２５のＷＩＮＣ 2109、2612、2812におけるＴＭおよびＴＥ偏光の分岐特性の回路長依存性を示す図である。 本発明の実施例４の光送信回路（偏波多重光変調回路）における光パワーモニタの実現構成を示す図である。 本発明の実施例４の光受信回路における光パワーモニタの実現構成を示す図である。

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。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る光モニタ回路について説明する。

（実施例１の光送信回路）
図９は、本実施形態１における、光モニタ回路を含む偏波ダイバーシティ構成の光送信回路（偏波多重光変調回路）(116)の構成を示す平面図である。

図９には、主信号経路として左から、図示しない光源からのＴＥ偏光の連続光を分岐する光パワースプリッタ(105)、分岐された連続光を図示しない２つの変調信号で変調するＹ偏波光変調回路(106)とＸ偏波光変調回路(107)、Ｙ偏波光変調回路(106)からの変調されたＴＥ偏光の変調光をＴＭ偏光に変換する偏波回転器 (108)、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の変調光を結合して偏波合流し偏波多重光として出力する偏波ビームコンバイナ(109)が示される。

また図９には、光モニタおよび調節機能関連として、主信号経路上でモニタ光を分岐する２つの光分岐回路(112)(113)、分岐された２つのモニタ光をそれぞれ導波する２つの光導波路と接続された２光入力の単一のＰＤ(115)と、検出されたモニタ信号（不図示）を受けて光パワーを調節する２つのＶＯＡ(110)(111)も示される。

図９の本実施例１の光送信回路(116)の特徴は、 一方の光分岐回路(113)は偏波ビームコンバイナ(109)による偏波合流の前の主信号経路上に設置されているが、他方の光分岐回路(112)は偏波合流の後の主信号経路上に設置されていることである。また、光分岐回路(112) (113)で分岐された２つのモニタ光の通る光導波路は、単一のＰＤ(115)に接続していることである。

一点鎖線の枠に囲まれた光送信回路(116)の要素回路は、例えばシリコン光導波路によって同一チップに集積される。

図９で、モニタ光の光分岐回路(113)は、ＴＥ偏光に対して動作する光分岐回路であり、従来例の図３、図４で説明した方向性結合器やＷＩＮＣがそのまま適用できる。
一方、モニタ光の光分岐回路(112)は、偏波多重光からＴＭ偏光のみを分岐するため、ＴＭ偏光に対して動作し、ＴＥ偏光の対してはほぼ光が分岐しない光分岐回路が求められる。このような光分岐回路の実現方法は後述する。

従って図９で、モニタ光の光分岐回路(113)で分岐される光はＴＥ偏光であり、光分岐回路(112)で分岐される光はＴＭ偏光であるから、２光入力の単一のＰＤ(115)でＴＥ偏光とＴＭ偏光の強度を加算した単一の電気信号として検出することが求められる。

上記の構成により、モニタ光の受光素子である２光入力ＰＤ(115)には、Ｘ偏波光変調回路で変調された信号（ＴＥ偏光として送出される光信号パワー）から分岐されたモニタ光がＴＥ偏光で、Ｙ偏波光変調回路で変調された信号（ＴＭ偏光として送出される光信号パワー）から分岐されたモニタ光がＴＭ偏光で入力することになる。

図１０に、本発明に用いられる、この２光入力のＰＤ(115)の構造を示す。図５の従来のＰＤと異なる点は、２つの光の入力として、２つのシリコン導波路(521)と(521’)が配置されている点である。図１０（ａ）では中央のA-A’面に対して左右に面対称に２つのシリコン導波路(521)と(521’)が対向配置され、図１０（ｂ）では中央のA-A’面に対して右側に２つのシリコン導波路(521)と(521’)が隣接配置されている。A-A’面における断面構造は、図５(b)と同じである。

例えば図１０（ａ）の導波路(521)は図９の光分岐回路(112)からの導波路と接続され、図１０（ａ）の導波路(521’)は図９の光分岐回路(113)からの導波路と接続される。光分岐回路(112)(113)からＰＤ(115)に入った光は、ＰＤ(115)内のＧｅ結晶524で干渉することなく、それぞれ半導体キャリアに変換され、合流して単一の電気信号として出力される。

Ｇｅ結晶(524)が光を吸収するにあたり、光進行方向に十分な長さと厚さ、幅を持っていれば（例えば1550nmに対し、温度27度で長さ20um、幅10um、厚さ1umで光入力強度0dBm程度）、シリコン導波路(521)より入力された光は、Ｇｅ結晶(524)で吸収され尽くしてしまう。このため、シリコン導波路(521)より入力された光は、シリコン導波路(521’)より入力される光と、光として合波または干渉することは無く、これは導波路(521’)より入力される光に対しても同様である。

従って、この２光入力のＰＤ(115)では、光分岐回路(112)(113)から来る光は、光として合波されることなく半導体キャリアとしてＰＤに吸収され電気信号として合流するため、光の干渉は起きえない。このＰＤ(115)では、電気的なキャリアとして双方の光入力の強度を合算して観測することが可能となる。ＭＭＩのような合流手段は不要となり、ＭＭＩによる原理的な損失は存在しない。このため従来の発明の持つ問題点を解決しながら、課題（１）～（３）を解決する構成となっている。

２光入力ＰＤ(115)は、図１０（ｂ）のように同一の側の端面から光を入力しても良い。しかし、この場合は導波路(521)と(521’)から入力された光はＰＤ内で伝搬するうちに干渉する可能性があるため、導波路同士を干渉が起きない距離に十分離して配置するなどの設計上の工夫が必要となる。

あるいは図示はしないが、図１０（ａ）のような２つのシリコン導波路(521)(521’)の対向配置であっても、２つの対向する入力導波路の光軸をずらすようにすれば、光の干渉は低減しつつ、ＰＤデバイスの長さを抑えることが可能である。
図１０（ａ）、（ｂ）で説明されるようなゲルマニウムフォトディテクタ（GePD, ゲルマニウムPD）は、通常はＴＥ偏光入力に対して使用されるが、ＴＭ偏光入力に対しても感度を有するため、本発明の２光入力ＰＤ(115)に適用することが可能である。

（実施例１の光受信回路）
図１１は、本実施例１における、光モニタ回路を含む偏波ダイバーシティ構成の光受信回路(220)の構成を示す平面図である。

図１１には、右から図示しない局発光源からの局発光の入力経路(201)、主信号経路として伝送路から受信した偏波多重信号光の入力経路(202)、偏波多重信号光を偏波分離する偏波ビームスプリッタ(207)、偏波ビームスプリッタ(207)からのＴＭ偏光をＴＥ偏光に偏波回転する偏波回転器(208)が示される。

また図１１には、局発光を分岐する光パワースプリッタ(209)、Ｙ偏波用の光コヒーレントミキサ(210)、Ｘ偏波用の光コヒーレントミキサ(211)、復調された光信号を電気信号に変換するＰＤ(212)(213)が示される。

またさらに図１１には、光モニタおよび調節機能関連として、主信号経路上でモニタ光を分岐する２つの光分岐回路(214)(215)、分岐された２つのモニタ光をそれぞれ導波する二つの導波路に接続された２光入力の単一のＰＤ(217)と、検出された図示せぬモニタ信号を受けて光パワーを調節する２つのＶＯＡ(218)(219)が示される。

図１１の本実施例１の光受信回路の特徴は、 一方の光分岐回路(215)は偏波ビームスプリッタ(207)による偏波分離の後の主信号経路上に設置されているが、他方の光分岐回路(214)は偏波分離の前の主信号経路上に設置されていることである。また、光分岐回路(214)(215)で分岐された２つのモニタ光は、単一の２光入力のＰＤ(217)に接続していることである。

一点鎖線の枠に囲まれた光受信回路(220)の要素回路は、例えばシリコン光導波路によって同一チップに集積される。

図１１の、偏波分離後の信号光からモニタ光を分岐する光分岐回路(215)は、ＴＥ偏光に対して動作する光分岐回路であり、従来例の図３、図４で説明した方向性結合器やＷＩＮＣがそのまま適用できる。一方、偏波分離前の信号光からモニタ光を分岐する光分岐回路(214)は、偏波多重光からＴＭ偏光のみを分岐するため、ＴＭ偏光に対して動作し、ＴＥ偏光の対してはほぼ光が分岐しない光分岐回路が求められる。このような光分岐回路の実現方法は後述する。

従って、光分岐回路(215)で分岐される光はＴＥ偏光であり、光分岐回路(214)で分岐される光はＴＭ偏光であるから、２光入力のＰＤ（217）には、受信信号のＴＥ偏光成分から分岐された光がＴＥ偏光で、受信信号のＴＭ偏光成分から分岐された光がＴＭ偏光で入力することになる。図１０（ａ）、（ｂ）で説明されるようなゲルマニウムフォトディテクタは、通常はＴＥ偏光入力に対して使用されるが、ＴＭ偏光入力に対しても感度を有するため、本発明のＰＤ（217）に適用が可能である。

（実施例１のＴＭ偏光用の光分岐回路）
図１２は、図９の実施例１の光送信回路(116)における、ＴＭ偏光用のモニタ光の光分岐回路(112)、あるいは図１１の実施例１の光受信回路(220)における、ＴＭ偏光用のモニタ光の光分岐回路(214)の具体的構成を示したものである。

図１２で、光分岐回路(112)あるいは(214)には、ＴＭ偏光の一部を分岐し、ＴＥ偏光に対してはほぼ分岐しない、という特性が要求される。この様な特性の実現のため、光分岐回路(112)あるいは(214)は、方向性結合器の構成を採用している。

図１２には、方向性結合器の入出力導波路(401)(402)(403)(404)が示される。シリコンで形成された方向性結合器の導波路コアの幅0.5μm、厚さを0.22μm、オーバークラッドおよびアンダークラッドは石英であり、導波路間ギャップは0.4μmとされる。また入出力導波路のコア幅、厚さも方向性結合器の導波路と同様である。

（方向性結合器の長さと波長に対する結合率）
図１３（a）は、上記図１２のＴＭ偏光用のモニタ光の光分岐回路を構成する方向性結合器に関して、方向性結合器の長さ（回路長）に対する、ＴＥ偏光、ＴＭ偏光の結合率の変化を示したものである。ＴＥ偏光に対し、ＴＭ偏光の導波路への閉じ込めは弱いため、結合率に差が生じる。本例では方向性結合器の長さを3μmに設定している。このときＴＥ偏光の結合率は僅か0.1％であり、ほぼ分岐は生じないといえる。

図１３（b）は、長さを3μmに設定した方向性結合器による光分岐回路(112)あるいは(214)の、ＴＭ偏光の結合率すなわち分岐比の波長依存性を示したものである。一般的なC帯の動作範囲（波長1525～1565ｎｍ）において、短波長端ではＴＭ偏光の分岐比が８％、長波長端では分岐比が１２％である。

光モニタ回路の特性としては、特定の範囲の光パワーを電気信号としてモニタできることが求められ、その範囲に応じて、光分岐回路の分岐比の設計が決定される。特にどこまで弱いパワーの光をモニタできるかが重要であることが多く、光分岐回路においては動作波長範囲における最小の分岐比の設計が重要である。

図１２の、本実施例１のＴＭ偏光用の光分岐回路(112)あるいは(214)は、短波長端の分岐比を基準として、要求仕様を満たすように設計される。図１３（b）にあるように、短波長端のＴＭ偏光の分岐比は本実施例１では８％である。このとき当然ながら、分岐せずに透過する信号光のパワーは、分岐比に応じて減少する。

光送信回路や光受信回路においては、信号光のパワーの減少はなるべく避けたいものであるから、光分岐回路の波長による分岐比の変動は、なるべく最小限に抑えることが望ましい。この観点で本実施例１の光分岐回路は、図１３（b）の長波長端の領域で、１２％と本来必要な分岐比よりも大きな分岐比となっており、必要以上に光信号パワーが減少される非効率な状況が生じている。

（実施例１のＴＭ偏光用の光分岐回路の別の例）
図１４は、上記の点を更に改善できるＴＭ偏光用の光分岐回路の別の例を示したものである。ＷＩＮＣ構成を取ることにより、図１２のような単なる方向性結合器で構成した場合に比較して、分岐比の波長依存性を抑制することが可能である。

図１４には、入出力の光導波路(601)(602)(603)(604)、方向性結合器(605)(606)、遅延導波路(607)(608)が示される。設計の例としては、シリコンで形成された導波路コアの幅0.5μm、厚さを0.22μm、オーバークラッドおよびアンダークラッドは石英であるとして、方向性結合器(605)(606)の導波路間ギャップは0.3μm、長さは７μm、遅延導波路(607)(608)の遅延量は0.34μmとされる。

（図１４の光分岐回路における分岐特性の波長依存性）
図１５は、図１４のＴＭ偏光用の光分岐回路において、光導波路(601)から入力する光パワーのうち光導波路(604)に出力される光パワー、すなわち光分岐回路のＴＭ偏光の分岐比の波長依存性を示したものである（図１５の実線）。短波長端では分岐比が８％であって図１２の光分岐回路と同等であるが、長波長端では分岐比が１１％であり、図１２の光分岐回路より分岐比の波長依存性が抑制されている。
図１５には同様に、ＴＥ偏光に対する分岐比も示している（図１５の点線）。ＴＥ偏光の分岐比は、図示の波長範囲において僅か0.1％であり、ほぼ分岐は生じないといえる。

以上より本実施例１の光送信回路(116)（図９）、あるいは光受信回路(220)（図１１）は、単一のＰＤによって偏波多重信号光のパワーをモニタすることができる。よって本実施例１により、光送信あるいは受信回路において、単純・低コストな制御回路での制御が可能であり、必要な配線数が少なく抑えられ、モニタ精度に優れた、送信あるいは受信光パワーのモニタを提供することができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る光モニタ回路について説明する。

（実施例２の光送信回路）
図１６は、本実施形態２における、光モニタ回路を含む偏波ダイバーシティ構成の光送信回路（偏波多重光変調回路）(1116)の構成を示す平面図である。

図１６には、光パワースプリッタ(1105)、Ｙ偏波光変調回路(1106)、Ｘ偏波光変調回路(1107)、偏波回転器(1108)、偏波ビームコンバイナ(1109)、ＶＯＡ(1110)(1111)、モニタ光の光分岐回路(1112)(1113)、２光入力の単一のＰＤ(1115)が示される。

本実施例２の光送信回路(1116)の特徴は、一方のモニタ光の光分岐回路(1113)は偏波合流の前に設置されおり、他方のモニタ光の光分岐回路(1112)も偏波合流の前、かつ偏波回転と偏波合流の中間に設置されていることである。また、モニタ光の光分岐回路(1112)(1113)で分岐された導波路は、２光入力の単一のＰＤ(1115)に接続している。

一点鎖線の枠に囲まれた光送信回路(1116)の要素回路は、例えばシリコン光導波路によって同一チップに集積される。

図１６で、モニタ光の光分岐回路(1113)は、ＴＥ偏光に対して動作する光分岐回路であり、従来例の図３、図４で説明した方向性結合器やＷＩＮＣがそのまま適用できる。一方、本実施例２のモニタ光の光分岐回路(1112)は、ＴＭ偏光に対して動作することが求められるが、実施例１と異なり偏波合流の手前に設置しているため、分岐入力となる光はＴＭ偏光のみであって、ＴＥ偏光に対する特性は不問である。これは実施例１と同様に、方向性結合器やＷＩＮＣをＴＭ偏光に最適化することで実現される。

例えば方向性結合器を適用する場合、実施例１ではＴＥ偏光の分岐比はほぼゼロである必要があり、ＴＭ偏光に対する光分岐比をあまり大きく設定することはできなかった。これはＴＭ偏光の分岐比を２０％以上に設定しようとすると、図１３（ａ）においてはほぼ範囲外であるが、ＴＥ偏光の分岐比が無視できない程度に増加するためである。

一方、本実施例２では、ＴＥ偏光に対する分岐比を気にする必要がないため、分岐比設定の自由度が拡大する。よって、より小さい光パワーまでモニタをするため比較的分岐比を大きくしたい場合などに、実施例１より有利といえる。

従って図１６で、モニタ光の光分岐回路(1113)で分岐される光はＴＥ偏光であり、モニタ光の光分岐回路(1112)で分岐される光はＴＭ偏光である。その結果、モニタ光の受光素子である２光入力のＰＤ(1115)には、Ｘ偏波光変調回路で変調された信号（ＴＥ偏光として送出される光信号パワー）から分岐された光がＴＥ偏光で入力し、Ｙ偏波光変調回路で変調された信号（ＴＭ偏光として送出される光信号パワー）から分岐された光がＴＭ偏光で入力することになる。

従来例の図１０（ａ）、（ｂ）で説明されるようなゲルマニウムフォトディテクタは、通常はＴＥ偏光入力に対して使用されるが、ＴＭ偏光入力に対しても感度を有するため、ＰＤ(1115)に適用が可能である。

（実施例２の光受信回路）
図１７は、本実施例２における、光モニタ回路を含む偏波ダイバーシティ構成の光受信回路(1220)の構成を示す平面図である。

図１７には、局発光の光入力経路(1201)、信号光の入力経路(1202)、偏波ビームスプリッタ(1207)、偏波回転器(1208)、光パワースプリッタ(1209)、Ｙ偏波用の光コヒーレントミキサ(1210)は、Ｘ偏波用の光コヒーレントミキサ(1211)、復調された光信号を電気信号に変換するＰＤ(1212)(1213)、モニタ光の光分岐回路(1214)(1215)、モニタ光を検出する２光入力の単一のＰＤ(1217)と、検出された図示せぬモニタ信号を受けて光パワーを調節する２つのＶＯＡ(1218)(1219)が示される。

本実施例２の光受信回路(1220)の特徴は、一方のモニタ光の光分岐回路(1215)は偏波分離の後に設置されており、他方のモニタ光の光分岐回路(1214)も偏波分離の後、かつ偏波分離と偏波回転の中間に設置されていることである。また、光分岐回路(1214)(1215)で分岐された導波路は、２光入力の単一のＰＤ(1217)に接続している。一点鎖線の枠に囲まれた光受信回路(1220)の要素回路は、例えばシリコン光導波路によって同一チップに集積される。

図１７で、モニタ光の光分岐回路(1215)は、ＴＥ偏光に対して動作する光分岐回路であり、従来例の図３、図４で説明した方向性結合器やＷＩＮＣがそのまま適用できる。一方、光分岐回路(1214)は、ＴＭ偏光に対して動作することが求められるが、実施例１と異なり本実施例２では偏波分離の後に設置しているため、分岐入力となる光はＴＭ偏光のみであって、ＴＥ偏光の対する特性は不問である。光送信器(1116)の例で説明したように、分岐比設定の自由度が拡大し、比較的分岐比を大きくしたい場合などに、実施例１より有利といえる。

従って光分岐回路(1215)で分岐されるモニタ光はＴＥ偏光であり、光分岐回路(1214)で分岐されるモニタ光はＴＭ偏光である。その結果、モニタ光の受光素子である２光入力のＰＤ(1217)には、受信信号のＴＥ偏光成分から分岐されたモニタ光がＴＥ偏光で入力し、受信信号のＴＭ偏光成分から分岐されたモニタ光がＴＭ偏光で入力することになる。

図１０（ａ）、（ｂ）で説明されるようなゲルマニウムフォトディテクタは、通常はＴＥ偏光入力に対して使用されるが、ＴＭ偏光入力に対しても感度を有するため、ＰＤ(1217)に適用が可能である。

以上より本実施例２の光送信回路(1116)、あるいは光受信回路(1220)は、単一のＰＤによって偏波多重信号光のパワーをモニタすることができる。よって本実施例２により、光送信あるいは受信回路において、単純・低コストな制御回路での制御が可能であり、必要な配線数が少なく抑えられ、モニタ精度に優れた、送信あるいは受信光パワーのモニタを提供することができる。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る光モニタ回路について説明する。

（実施例３の光送信回路）
図１８は、本実施形態３における、光モニタ回路を含む偏波ダイバーシティ構成の光送信回路（偏波多重光変調回路）(2116)の構成を示す平面図である。

図１８には、光パワースプリッタ(2105)、Ｙ偏波光変調回路(2106)、Ｘ偏波光変調回路(2107)、偏波回転器(2108)、モニタ光分岐機能を備えた偏波ビームコンバイナ(2109)、ＶＯＡ(2110)(2111)、モニタ光の光分岐回路(2113)、単一のＰＤ(2115)が示される。

本実施例３の光送信回路(2116)の特徴は、一方のモニタ光の光分岐回路(2113)は偏波合流の前に設置されているが、他方のモニタ光の光分岐機能は偏波合流回路である偏波ビームコンバイナ(2109)に組み込まれていることである。また、偏波ビームコンバイナ(2109)と光分岐回路(2113)で分岐されたモニタ光の導波路は、２光入力の単一のＰＤ(2115)に接続している。一点鎖線の枠に囲まれた光送信回路(2116)の要素回路は、例えばシリコン光導波路によって同一チップに集積される。

図１８で、モニタ光の光分岐回路(2113)は、ＴＥ偏光に対して動作する光分岐回路であり、従来例の図３、図４で説明した方向性結合器やＷＩＮＣがそのまま適用できる。

一方、本実施例３で偏波ビームコンバイナ(2109)に組込まれたモニタ光の分岐機能は、ＴＭ偏光に対して動作することが求められる。このような構成の偏波ビームコンバイナ(2109)については後述する。

従って図１８で、モニタ光の光分岐回路(2113)で分岐される光はＴＥ偏光であり、偏波ビームコンバイナ(2109)で分岐される光はＴＭ偏光である。その結果、モニタ光の受光素子である２光入力のＰＤ(2115)には、Ｘ偏波光変調回路(2107)で変調された信号（ＴＥ偏光として送出される光信号パワー）から光分岐回路(2113)で分岐されたモニタ光がＴＥ偏光で入力し、Ｙ偏波光変調回路(2106)で変調された信号（ＴＭ偏光として送出される光信号パワー）から偏波ビームコンバイナ(2109)で分岐されたモニタ光がＴＭ偏光で入力することになる。

図１０（ａ）、（ｂ）で説明されるようなゲルマニウムフォトディテクタは、通常はＴＥ偏光入力に対して使用されるが、ＴＭ偏光入力に対しても感度を有するため、ＰＤ(2115)に適用することが可能である。

（実施例３の光受信回路）
図１９は、本実施例３における、光モニタ回路を含む偏波ダイバーシティ構成の光受信回路(2220)の構成を示す平面図である。

図１９には、局発光源からの光入力経路(2201)、信号光の入力経路(2202)、モニタ光分岐機能を備えた偏波ビームスプリッタ(2207)、偏波回転器(2208)、光パワースプリッタ(2209)、Ｙ偏波用の光コヒーレントミキサ(2210)、Ｘ偏波用の光コヒーレントミキサ(2211)、復調された光信号を電気信号に変換するＰＤ(2212)(2213)、モニタ光の光分岐回路(2215)、分岐された２つのモニタ光を入力される２光入力の単一のＰＤ(2217)と、検出された図示せぬモニタ信号を受けて光パワーを調節する２つのＶＯＡ(2218)(2219)が示される。

本実施例３の光受信回路(2220)の特徴は、 一方のモニタ光の光分岐回路(2215)は偏波分離の後に設置されているが、他方のモニタ光の光分岐機能は偏波ビームスプリッタ(2207)にその機能が組み込まれていることである。また、偏波ビームスプリッタ(2207)と光分岐回路(2215)で分岐されたモニタ光の導波路は、２光入力の単一のＰＤ(2217)に接続している。一点鎖線の枠に囲まれた光受信回路(2220)要素回路は、例えばシリコン光導波路によって同一チップに集積される。

図１９で、モニタ光の光分岐回路(2215)は、ＴＥ偏光に対して動作する光分岐回路であり、従来例の図３、図４で説明した方向性結合器やＷＩＮＣがそのまま適用できる。一方、偏波ビームスプリッタ(2207)に組込まれた光分岐回路は、ＴＭ偏光に対して動作することが求められる。このような偏波ビームスプリッタの構成については後述する。

従って光分岐回路(2215)で分岐されるモニタ光はＴＥ偏光であり、偏波ビームスプリッタ(2207)で分岐されるモニタ光はＴＭ偏光であるから、２光入力のＰＤ(2217)には、受信信号のＴＥ偏光成分から分岐された光がＴＥ偏光で、受信信号のＴＭ偏光成分から分岐された光がＴＭ偏光で入力することになる。図１０（ａ）、（ｂ）で説明されるようなゲルマニウムフォトディテクタは、通常はＴＥ偏光入力に対して使用されるが、ＴＭ偏光入力に対しても感度を有するため、ＰＤ(2217)に適用が可能である。

以下では、本実施例３において、光送信回路側のモニタ光の光分岐機能が組み込まれた偏波ビームコンバイナ(2109)、光受信回路側のモニタ光の光分岐機能が組み込まれた偏波ビームスプリッタ(2207)の具体的構成例について説明する。これらの偏波ビームコンバイナ（偏波合流回路）、光偏波ビームスプリッタ（偏波分離回路）を合わせて、偏波分離合流回路ということができる。

（実施例３の光送信回路の偏波ビームコンバイナの構成例１）
図２０は、実施例３の光送信回路において、ＴＭ偏光のモニタ光分岐機能が組み込まれた偏波合流回路である偏波ビームコンバイナ(2109)の構成例１を示す図である。従来例の図６（a）と同様に、入出力の光導波路(2301)(2302)(2303)(2304)が示され、偏波ビームコンバイナ(2109)は方向性結合器である。

図２０ではＴＭ偏光に対する光分岐機能を組み込むため、従来例の図６（a）とは異なる設計となっている。ここで、シリコンで形成された導波路コアの幅0.5μm、厚さを0.22μm、オーバークラッドおよびアンダークラッドは石英であるとして、方向性結合器(2109)の導波路間ギャップは0.4μmとする。

図２６（a）はこのときの方向性結合器の長さに対する、波長1545nmにおける、ＴＥ偏光（点線）、ＴＭ偏光（実践）の結合率を示した図である。ここで本実施例３では方向性結合器の長さを1１μmとする。この設計では、図２０の光導波路(2302)から入力されたＴＭ偏光の８割以上のパワーは光導波路(2303)に出力され、残りのＴＭ偏光のパワーが光導波路(2304)にモニタ光として出力される。

図２６（b）は方向性結合器の長さを1１μmとした場合の、光導波路(2304)に出力されるＴＭ偏光のパワーの比率の波長に対する変化を示したものである。これよりＣ帯波長域で７％以上のＴＭ偏光の光パワーが、光導波路(2304)に出力される。なお図２０のような単一の方向性結合器で実現できる偏波消光比は15dB程度である。

一方ＴＥ偏光は、ＴＭ偏光に対して結合が弱いため、図２６（a）にあるように、方向性結合器の長さを1１μmとした場合のＴＥ偏光の結合率はわずか数%である。よって図２０の光導波路(2301)から入力するＴＥ偏光のほぼ100%のパワーを光導波路(2303)から出力させ、光導波路(2302)から入力するＴＭ偏光の大部分のパワーを同じく光導波路(2303)から合流出力させ、かつ光導波路(2302)から入力するＴＭ偏光の一部分を光導波路(2304)からモニタ光として分岐出力させる、すなわちＴＭ偏光に対する光分岐機能を組み込んだ偏波ビームコンバイナを実現することができる。

（実施例３の光送信回路の偏波ビームコンバイナの構成例２）
図２１は、実施例３の光送信回路において、ＴＭ偏光のモニタ光分岐機能が組み込まれた偏波合流回路である偏波ビームコンバイナ(2109)の構成例２を示す図である。この例は２つの方向性結合器と遅延導波路より構成される、いわゆるＷＩＮＣにより、ＴＭ偏光に対する分岐率の波長依存性の低減を実現する。

図２１には、入出力の光導波路(2401)(2402)(2403)(2404)、方向性結合器(2411)(2412)、遅延導波路(2413)(2414)が示される。シリコンで形成された導波路コアの幅0.5μm、厚さを0.22μm、オーバークラッドおよびアンダークラッドは石英であるとして、方向性結合器(2411)(2412)の導波路間ギャップは0.4μm、長さは７μm、遅延導波路(2413)(2414)の遅延量は0.065μmとする。

ここで光導波路(2401)から入力するＴＥ偏光に関しては、方向性結合器(2411)(2412)でほとんど結合率が0%に近いため、ほぼ100%のパワーが光導波路(2403)に出力される。ここで方向性結合器(2411)(2412)のＴＥ偏光に対する結合率は、図２６（a）において方向性結合器の長さ7μmにおける値（点線）を参照することで確認できる。

図２７（a）は、このとき図２１の光導波路(2402)から入力したＴＭ偏光の、光導波路(2304)へ出力するパワー比率の波長依存性を示した図である。図２６（ｂ）の分岐率が、C帯波長域で約７～22%の範囲で変動するのに対し、図２７（a）では約10～17%に抑制できていることが確認できる。

また、図２７（b）は、光導波路(2402)から入力したＴＭ偏光およびＴＥ偏光の、光導波路(2403)へ出力するパワー比率の波長依存性を示した図である。これよりＣ帯波長域でＴＭ偏光の83％以上の光パワーが 光導波路(2403)に出力される。なお図２１のようなＷＩＮＣ構成で実現できる偏波消光比は15dB程度である。

一方、ＴＥ偏光は、方向性結合器(2411)(2412)での結合が弱いため、光導波路(2404)へ出力するパワーはほとんど無い。よって光導波路(2401)から入力するＴＥ偏光のほぼ100%のパワーは光導波路(2403)から出力される。

これにより、ＴＭ偏光が光導波路(2404)へ出力する分岐率の波長依存性がより小さい、ＴＭ偏光に対する光分岐機能を組み込んだ偏波ビームコンバイナを実現することができる。

（実施例３の光送信回路偏波ビームコンバイナの構成例３）
図２２は、実施例３の光送信回路において、ＴＭ偏光のモニタ光分岐機能が組み込まれた偏波合流回路である偏波ビームコンバイナ(2109)の構成例３を示す図である。従来例の図６（ｂ）と同様に方向性結合器を２段接続した構成であり、図２２には入出力の光導波路(2501)(2502)(2503)(2505)、方向性結合器(2511)(2512)、2つの方向性結合器を接続する光導波路(2504)が示される。

ここではＴＭ偏光に対する光分岐機能を組み込むため、方向性結合器(2512)が従来例図６（ｂ）とは異なる設計となっている。ここで、シリコンで形成された導波路コアの幅0.5μm、厚さを0.22μm、オーバークラッドおよびアンダークラッドは石英であるとして、方向性結合器(2511)(2512)の導波路間ギャップは0.4μmとする。

再び図２６（a）を参照すると、このときの方向性結合器の長さに対する、波長1545nmにおける、ＴＥ偏光、ＴＭ偏光の結合率を示している。ここで本実施例では方向性結合器(2512)の長さを1１μmとし、方向性結合器(2511) の長さは従来例と同様に15μmとする。この設計では、光導波路(2501)から入力されたＴＭ偏光は方向性結合器(2512)により８割以上のパワーが光導波路(2504)に出力され、残りのＴＭ偏光のパワーが光導波路(2503)に出力される。

再び図２６（b）を参照すると、これは長さが1１μmの方向性結合器(2512)において、光導波路(2503)に出力されるＴＭ偏光のパワーの比率を示したものである。これよりＣ帯波長域で７％以上のＴＭ偏光の光パワーが光導波路(2503)に出力される。光導波路(2504)を経て方向性結合器(2511)に入力したＴＭ偏光は、従来例と同様にほぼ全てのパワーが光導波路(2505)に出力される。このとき光導波路 (2501)から入力し、光導波路(2505)に出力するに至るＴＥ偏光は、方向性結合器(2512)(2511)において２段階で抑制されるため、本例で実現できる偏波消光比は30dB程度になる。

一方、ＴＥ偏光は光導波路(2502)から入力されるが、従来例と同様の設計である方向性結合器(2511)では、ほぼ100%のパワーが光導波路(2505)から出力される。

これにより、偏波消光比性能により優れた、ＴＭ偏光に対する光分岐機能を組み込んだ偏波ビームコンバイナを実現することができる。

（実施例３の光送信回路の偏波ビームコンバイナの構成例４）
図２３は、実施例３の光送信回路において、ＴＭ偏光のモニタ光分岐機能が組み込まれた偏波合流回路である偏波ビームコンバイナ(2109)の構成例４を示す図である。ここでＷＩＮＣ(2612)は図２１で示したＷＩＮＣと同様の構成になっており、その後段に更に方向性結合器(2611)を接続している。 図２３には、入出力の光導波路(2601)(2602)(2603)(2605)、方向性結合器(2611)(2621)(2622)、遅延導波路(2623)(2624)、ＷＩＮＣ(2612)と方向性結合器(2611)を接続する光導波路(2604)が示される。

ここで、シリコンで形成された導波路コアの幅0.5μm、厚さを0.22μm、オーバークラッドおよびアンダークラッドは石英であるとして、方向性結合器(2611)(2621)(2622)の導波路間ギャップは0.4μmとする。また方向性結合器(2611)の長さは従来例と同様に15μm、方向性結合器(2621)(2622)の長さは７μm、遅延導波路(2623)(2624)の遅延量は0.065μmとする。

ここでＷＩＮＣ(2612)は図２１と同様の構成であるので、光導波路(2601)から入力されるＴＭ偏光の83％以上のパワーが光導波路(2604)に出力され、10～17%が光導波路(2603)に分岐される。この分岐率の波長依存性は、単一の方向性結合器で構成するよりも抑制される。

光導波路(2604)を経て方向性結合器(2611)に入力したＴＭ偏光は、従来例と同様にほぼ全てのパワーが光導波路(2605)に出力される。このとき光導波路(2601)から入力し、光導波路(2605)に出力するに至るＴＥ偏光は、ＷＩＮＣ(2612)および方向性結合器(2611)において２段階で抑制されるため、本例で実現できる偏波消光比は30dB程度になる。

一方、ＴＥ偏光は光導波路(2602)から入力されるが、従来例と同様の設計である方向性結合器(2611)では、ほぼ100%のパワーが光導波路(2605)から出力される。

実施例３の光送信回路において図２０～図２３に示した構成により、偏波消光比性能により優れ、分岐比率の波長依存性もより抑制された、ＴＭ偏光に対する光分岐機能を組み込んだ偏波ビームコンバイナを実現することができる。

以上のように、光送信回路のモニタ光分岐回路は、偏波合流回路（偏波ビームコンバイナ）の偏波合流機能には寄与しない出力ポートを分岐ポートとして使用することによって、偏波合流回路をＴＭ偏波成分用のモニタ光分岐回路の機能も有するものとして実現することができる。

（実施例３の光受信回路の偏波ビームスプリッタの構成例１）
図２４は、実施例３の光受信回路において、ＴＭ偏光のモニタ光分岐機能を組み込んだ偏波分離回路である偏波ビームスプリッタ(2207)の構成例１を示す図である。従来例の図６（ｂ）に示した偏波ビームスプリッタと同様に、方向性結合器を２段接続した構成であり、図２４には、入出力の光導波路(2701)(2702)(2704)(2705)、方向性結合器(2711)(2712)、2つの方向性結合器を接続する光導波路(2703)が示される。

ここではＴＭ偏光に対する光分岐機能を組み込むため、方向性結合器(2712)が従来例の図６（ｂ）とは異なる設計となっている。ここで、シリコンで形成された導波路コアの幅0.5μm、厚さを0.22μm、オーバークラッドおよびアンダークラッドは石英であるとして、方向性結合器(2711)(2712)の導波路間ギャップは0.4μmとする。

図２６（a）を参照すると、このときの方向性結合器の長さに対する、波長1545nmにおける、ＴＥ偏光、ＴＭ偏光の結合率を示している。ここで本実施例では方向性結合器(2712)の長さを1１μmとし、方向性結合器(2711) の長さは従来例と同様に15μmとする。この設計では、光導波路(2701)から入力されたＴＭ偏光は、従来例と同様、方向性結合器(2511)によりほぼ全てのパワーが光導波路(2703)に出力される。

また、図２６（b）を参照すると、これは長さが1１μmの方向性結合器(2712)において、光導波路(2703)から入力され、光導波路(2705)に出力されるＴＭ偏光のパワーの比率を示したものである。光導波路(2703)を経て方向性結合器(2712)に入力したＴＭ偏光は、８割以上のパワーが光導波路(2704)に出力され、残りのパワーがモニタ光として光導波路(2705)に出力される。このとき 光導波路(2701)から入力し、光導波路(2705)に出力するに至るＴＥ偏光は、方向性結合器(2711)(2712)において２段階で抑制されるため、本例で実現できる偏波消光比は30dB程度になる。

一方、ＴＥ偏光は光導波路(2701)から入力されるが、従来例と同様の設計である方向性結合器(2711)では、ほぼ100%のパワーが光導波路(2702)から出力される。

これにより、ＴＭ偏光に対する光分岐機能を組み込んだ偏波ビームスプリッタを実現することができる。

（実施例３の光受信回路の偏波ビームスプリッタの構成例２）
図２５は、実施例３の光受信回路において、ＴＭ偏光のモニタ光分岐機能を組み込んだ偏波分離回路である偏波ビームスプリッタ(2207)の構成例２を示す図である。ここでＷＩＮＣ(2812)は図２１で示したＷＩＮＣと同様の構成になっており、方向性結合器(2811)の後段に更にＷＩＮＣ(2812)を接続している。 図２５には、入出力の光導波路(2801)(2802)(2804)(2805)、方向性結合器(2811)(2821)(2822)、遅延導波路(2823)(2824)、およびＷＩＮＣ(2812)と方向性結合器(2811)を接続する光導波路(2803)が示される。

ここで、シリコンで形成された導波路コアの幅0.5μm、厚さを0.22μm、オーバークラッドおよびアンダークラッドは石英であるとして、方向性結合器(2811)(2821)(2822)の導波路間ギャップは0.4μmとする。また方向性結合器(2811)の長さは従来例と同様に15μm、方向性結合器(2821)(2822)の長さは７μm、遅延導波路(2823)(2824)の遅延量は0.065μmとする。

ここで光導波路(2801)から方向性結合器(2811)に入力されたＴＭ偏光は、従来例と同様にほぼ全てのパワーが光導波路(2803)に出力される。更にＷＩＮＣ(2812)は図２１と同様の構成であるので、再び図２７（a）および図２７（b）を参照すれば、光導波路(2803)を経てＷＩＮＣ(2812)入力されるＴＭ偏光の83％以上のパワーが光導波路(2804)に出力され、10～17%がモニタ光として光導波路(2805)に分岐される。この分岐率の波長依存性は図２３の例のように単なる方向性結合器で構成するよりも抑制されていることがわかる。

なおこのとき 光導波路(2801)から入力し、光導波路(2804)に出力するに至るＴＥ偏光は、方向性結合器(2811) およびＷＩＮＣ(2812)において２段階で抑制されるため、本例で実現できる偏波消光比は30dB程度になる。

一方、ＴＥ偏光は光導波路(2801)から入力されるが、従来例と同様の設計である方向性結合器(2811)では、ほぼ100%のパワーが(2802)から出力される。

実施例３の光受信回路において図２４、図２５に示した構成により、分岐比率の波長依存性がより抑制された、ＴＭ偏光に対する光分岐機能を組み込んだ偏波ビームスプリッタを実現することができる。

以上のように、光受信回路のモニタ光分岐回路は、偏波分離回路（偏波ビームスプリッタ）の偏波分離機能には寄与しない出力ポートを分岐ポートとして使用することによって、偏波分離回路をＴＭ偏波成分用のモニタ光分岐回路の機能も有するものとして実現することができる。

以上より本実施例３の光送信回路(2116)（図１８）、あるいは光受信回路(2220)（図１９）は、２光入力の単一のＰＤによって偏波多重信号光のパワーをモニタすることができる。よって本実施例３により、光送信あるいは受信回路において、単純・低コストな制御回路での制御が可能であり、必要な配線数が少なく抑えられ、モニタ精度に優れた、送信あるいは受信光パワーのモニタを提供することができる。

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る光モニタ回路について説明する。

（実施例４の光送信回路）
図２８は、本実施形態４における、光モニタ回路を含む偏波ダイバーシティ構成の光送信回路(4116)の構成を示す平面図である。

図２８には、光パワースプリッタ(4105)、Ｙ偏波光変調回路(4106)、Ｘ偏波光変調回路(4107)、偏波回転器(4108)、偏波ビームコンバイナ(4109)、検出された図示せぬモニタ信号を受けて光パワーを調節する２つのＶＯＡ(4110)(4111)、モニタ光の光分岐回路(4112)(4113)、２光入力のＰＤ(4115)が示される。

本実施例４の光送信回路の特徴は、モニタ光の光分岐回路(4112)(4113)が偏波回転合流の前に設置されており、すなわち光分岐回路(4112)(4113)はともにＴＥ偏光に対して動作するよう設計されており、また分岐されたモニタ光は２光入力の単一のＰＤ(4115)に接続している。なお、一点鎖線の枠に囲まれた光送信回路(4116)の要素回路は、例えばシリコン光導波路によって同一チップに集積される。

図２８のモニタ光の光分岐回路(4112)(4113)は、ともにＴＥ偏光に対して動作する光分岐回路であり、従来例の図３、図４で説明した方向性結合器やＷＩＮＣがそのまま適用できる。従って光分岐回路(4112)(4113)で分岐される光はともにＴＥ偏光であるから、ＰＤ(4115)には、Ｘ偏波光変調回路で変調された信号（ＴＥ偏光として送出される光信号パワー）から分岐された光、およびＹ偏波光変調回路で変調された信号（ＴＭ偏光として送出される光信号パワー）から分岐された光がともにＴＥ偏光で入力することになる。ＰＤ(4115)としては図１０(a)(b)で説明されるようなゲルマニウムフォトディテクタの適用が可能である。本実施形態では他の形態とは異なり、ＰＤの２光入力にはともにＴＥ光が入るため、他の実施例より高い光結合効率でＰＤが光を吸収できる。

（実施例４の光受信回路）
図２９は、本実施例４における、光モニタ回路を含む偏波ダイバーシティ構成の光受信回路(4220)の構成を示す平面図である。

図２９には、局発光源からの光入力経路(4201)、信号光の入力経路(4202)、偏波ビームスプリッタ(4207)、偏波回転器(4208)、光パワースプリッタ(4209)、Ｙ偏波用の光コヒーレントミキサ(4210)、Ｘ偏波用の光コヒーレントミキサ(4211)、復調された光信号を電気信号に変換するＰＤ(4212)(4213)、検出された図示せぬモニタ信号を受けて光パワーを調節する２つのＶＯＡ(4218)(4219)、またモニタ光を検出する２光入力の単一のＰＤ(4217)とモニタ光の光分岐回路(4214)(4215)が示される。

本実施例４の光受信回路の特徴は、モニタ光の光分岐回路(4214)(4215)がともに偏波分離および偏波回転の後に設置され、すなわち光分岐回路(4214)(4215)はともにＴＥ偏光に対して動作するよう設計されており、モニタ光の光分岐回路(4214)(4215)で分岐された導波路は２光入力の単一のＰＤ(4217)に接続していることにある。なお一点鎖線の枠に囲まれた光受信回路(4220)の要素回路は、例えばシリコン光導波路によって同一チップに集積される。

図２９のモニタ光の光分岐回路(4214)(4215)は、ともにＴＥ偏光に対して動作する光分岐回路であり、従来例の図３、図４で説明した方向性結合器やＷＩＮＣがそのまま適用できる。従って光分岐回路(4214)(4215)で分岐される光はともにＴＥ偏光であるから、２光入力のＰＤ(4217)には、受信信号のＴＥ偏光成分から分岐された光、および受信信号のＴＭ偏光成分から分岐された光が、ともにＴＥ偏光で入力することになる。ＰＤ(4217)には、図１０（ａ）（ｂ）で説明されるようなゲルマニウムフォトディテクタの適用が可能である。

以上４つの実施形態によって、本発明の具体的な実施例と構成例を説明した。いずれの実施形態においても、送信または受信の偏波多重信号光を２つの偏光成分を別々に分岐した後に電気信号に変換してモニタするものであって、２光入力の単一のＰＤによって偏波多重信号光のパワーをモニタすることができ、単純・低コストな制御回路での制御が可能であり、必要な配線数が少なく抑えられ、モニタ精度に優れた、送信あるいは受信光パワーのモニタを提供することができる。

以上説明したように本発明により、偏波ダイバーシティ構成の光送信あるいは光受信回路において、従来に比較して、より単純かつ低コストな制御回路での制御を可能とし、必要な配線数が少なく抑えられ、モニタ精度に優れた、送受信光パワーのモニタを実現することができる。

9100 ……光源
106、107、1106、1107、2106、2107、4106、4107、9101、9106、9107 ……光変調器
210、211、1210、1211、2210、2211、4210、4211、9210、9211 ……光コヒーレントミキサ
110、111、218、219、1110、1111、1218、1219、2110、2111、2218、2219、4110、4111、4218、4219、9101、9110、9111、9206、9218、9219 ……可変光減衰器（ＶＯＡ）
105、209、1105、1209、2105、2209、4105、4209、9105、9２0９ ……光パワースプリッタ
108、208、1108、1208、2108、2208、4108、4208、9108、9208、9801 ……偏波回転回路
109、1109、2109、4109、9109 ……偏波ビームコンバイナ（偏波合流回路）
207、1207、2207、4207、9207 ……偏波ビームスプリッタ（偏波分離回路）
112、113、214、215、1112、1113、1214、1215、2113、2215、4112、4113、4214、4215、9103、9112、9113、9204、9214、9215 ……（モニタ）光分岐回路
115、212、213、217、1115、1212、1213、1217、2115、2212、2213、2217、4115、4212、4213、4217、4305、9104、9114、9115、9205、9212、9213、9216、9217 ……フォトディテクタ（ＰＤ）
521 ……シリコン導波路
522 ……pインプラント領域
523 ……p++インプラント領域
524 ……Ge結晶
525 ……nインプラント領域
526 ……電極
527 ……上部クラッド
528 ……下部クラッド
529 ……シリコン基板
2109 ……光分岐機能を有する偏波ビームコンバイナ（偏波合流回路）
2207 ……光分岐機能を有する偏波ビームスプリッタ（偏波分離回路）
116、1116、2116、4116、9116 ……光送信回路
220、1220、2220、4220、9203、9220 ……光受信回路
605、606、2411、2412、2511、2512、2611、2621、2622、2711、2712、2811、2821、2822、9305、9505、9506、9605、9515、9516 ……方向性結合器
301、302、303、304、401、402、403、404、601、602、603、604、2301、2302、2303、2304、2401、2402、2403、2404、2501、2502、2503、2504、2505、2601、2602、2603、2604、2605、2701、2702、2703、2704、2705、2801、2802、2803、2804、2805、4301、4302、9301、9302、9303、9304、9501、9502、9503、9504、9601、9602、9603、9604、9611、9612、9613、9614、9802、9809 ……光導波路
607、608、2413、2414、2623、2624、2823、2824、9507、9508、9806、9807 ……光遅延回路
9803 ……リブ導波路のリブ部分
9804 ……リブ導波路のスラブ部分
9805 ……分岐回路
9808 ……合流回路
2612、2812 ……ＷＩＮＣ

Claims (8)

1. 偏波多重信号光をＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分の信号に分離し、またはＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分の信号を偏波多重信号光に合流する偏波分離合流回路と、そのＴＭ偏波経路に更に接続してＴＭ偏光とＴＥ偏光を変換する偏波回転回路を備える偏波ダイバーシティ構成の光回路において、
   主信号経路上の信号光から一部の光パワーをモニタ光として分岐して受光し、信号光のパワーを監視する光モニタ回路であって、
   前記光モニタ回路は、
   前記偏波ダイバーシティ構成の光回路において、ＴＥ偏波成分の信号が通過する経路上にＴＥ偏波成分用の第１のモニタ光分岐回路を有し、
   ＴＭ偏波成分の信号が通過する経路上にＴＭ偏波成分用の第２のモニタ光分岐回路を有し、
   前記偏波分離合流回路の出力に更に接続され、前記第１のモニタ光分岐回路で分岐されたモニタ光を導波する導波路と、前記第２のモニタ光分岐回路で分岐されたモニタ光を導波する導波路と接続される、２光入力の単一のフォトディテクタから構成され、
   前記ＴＭ偏波成分用の第２のモニタ光分岐回路は、前記偏波分離合流回路の、偏波分離合流機能には寄与しない出力用の光導波路を分岐用の光導波路とし、前記偏波分離合流回路が前記ＴＭ偏波成分用の光分岐回路の機能も有することを特徴とする、光モニタ回路。
2. 前記偏波分離合流回路が偏波合流回路であって、
   前記偏波回転回路は前記偏波合流回路の前段の前記ＴＭ偏波成分の信号が通過する経路上にあり、
   前記第１のモニタ光分岐回路は、前記偏波合流回路の前段のＴＥ偏波成分の信号が通過する経路上にあり、
   前記第２のモニタ光分岐回路は、前記偏波回転回路の後段の経路上にあり、前記偏波合流回路の偏波合流機能には寄与しない出力ポートを分岐ポートとして前記偏波合流回路が前記ＴＭ偏波成分用の光分岐回路の機能も有することを特徴とする、請求項１記載の光モニタ回路。
3. 前記偏波分離合流回路が偏波分離回路であって、
   前記偏波回転回路は前記偏波分離回路の後段の前記ＴＭ偏波成分の信号が通過する経路上にあり、
   前記第１のモニタ光分岐回路は、前記偏波分離回路の後段のＴＥ偏波成分の信号が通過する経路上にあり、
   前記第２のモニタ光分岐回路は、前記偏波回転回路の前段の経路上にあり、前記偏波分離回路の偏波分離機能には寄与しない出力ポートを分岐ポートとして前記偏波分離回路が前記ＴＭ偏波成分用の光分岐回路の機能も有することを特徴とする、請求項１記載の光モニタ回路。
4. 前記光モニタ回路は、シリコンベースの導波路で形成されており、
   前記偏波分離合流回路は、方向性結合器、あるいは方向性結合器と遅延回路から成るＷＩＮＣで構成されることを特徴とする、請求項１記載の光モニタ回路。
5. 前記２光入力の単一のフォトディテクタの２つの入力導波路は、光軸をずらすように対向配置されることを特徴とする、請求項１記載の光モニタ回路。
6. 前記第１のモニタ光分岐回路および前記第２のモニタ光分岐回路は、方向性結合器、あるいは方向性結合器と遅延回路から成るＷＩＮＣで構成されることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の光モニタ回路。
7. 前記偏波ダイバーシティ構成の光回路は、
   光パワースプリッタと、
   前記光パワースプリッタに接続するＴＥ偏波成分用とＴＭ偏波成分用の光変調回路と、
   前記ＴＭ偏波成分用の光変調回路に更に接続する前記偏波回転回路と、
   前記ＴＥ偏波成分用の光変調回路および前記偏波回転回路に更に接続する前記偏波合流回路と
   から構成される光送信回路であることを特徴とする、請求項２に記載の光モニタ回路。
8. 前記偏波ダイバーシティ構成の光回路は、
   入力ポートに接続する前記偏波分離回路と、
   前記偏波分離回路に接続する前記偏波回転回路を有し、
   更に別の入力ポートに接続する光パワースプリッタを有し、
   前記偏波分離回路の１出力と、前記光パワースプリッタの１出力に接続するＴＥ偏波成分用の光コヒーレントミキサと、
   前記偏波回転回路と、前記光パワースプリッタの他方の出力に接続するＴＭ偏波成分用の光コヒーレントミキサと、
   前記ＴＥ偏波成分用およびＴＭ偏波成分用の光コヒーレントミキサそれぞれに接続するフォトディテクタ
   から構成される光受信回路であることを特徴とする、請求項３に記載の光モニタ回路。

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