JP7408032B2

JP7408032B2 - 光送信器および光送受信器

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Publication number: JP7408032B2
Application number: JP2023556908A
Authority: JP
Inventors: 圭増山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2024-01-04
Anticipated expiration: 2041-12-01
Also published as: WO2023100284A1; JPWO2023100284A1

Description

本開示は、光送信器および光送受信器に関する。

光伝送の技術分野において、従来のプラガブルトランシーバ形態に代わって、Co-Packaged Optics（ＣＰＯ）と呼ばれる、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）スイッチの周辺に光送受信器を直接基板実装する形態が議論されている。ＣＰＯの一例として、高発熱のＡＳＩＣスイッチの周辺を避けてスイッチボックスの外部に波長の異なる複数の高出力ＣＷ（Continuous Wave）レーザ光源を配置して、ＣＷレーザ光源とＣＰＯを光ファイバで接続し、ＣＰＯ内部で各ＣＷレーザを分岐させたのちに、各レーンのＣＷレーザを外部変調する光送信器構成が議論されている。このような構成では、いくつかのシグナルレーンにおいてＣＷレーザ光源からの光を分岐し、分岐後の光をそれぞれ別信号で外部変調することで、必要なＣＷレーザ光源の個数を削減し、さらに異なる波長の光を１つのファイバに束ねる波長多重通信（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）技術を適用することで出力側ファイバ数を削減している（非特許文献１を参照）。

CPO Optical Module Product Requirements Documents: JDF-3.2 Tb/s Copackaged Optics Optical Module Product Requirements Documents

非特許文献１の第８頁の光送信器の構成を、例えば４波長多重で１６レーンの信号を外部変調する場合に適用すると、その光送信器の構成を図５のように書き下すことができる。図５の構成においては、各ファイバに波長を束ねるためには、各レーン信号を波長順に並べたのちに波長合波器によって単一ファイバに出力する必要があるが、多数の導波路の交差が含まれるレーン（図５におけるPort4BBのレーン）と少数の導波路交差が含まれるレーン（図５におけるPort1AA、Port1AB、Port1BA、Port1BB、およびPort4AAのレーン）が存在するようになる。導波路交差では１段ごとに挿入損失及びクロストークが発生するため、従来技術によればレーン間での導波路損失がばらつくという問題があった。

本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、レーン間の損失ばらつきを平準化できる光送信器および光送受信器を提供することを目的とする。

本開示の実施形態による光送信器は、Ｎを４以上の整数、Ｍを２以上の整数となる２の累乗として、Ｎ個の異なる波長の連続波光のそれぞれをＭ分岐する光送信器であって、前記Ｎ個の異なる波長の連続波光が入力されるＮ個の分岐素子を備えた分岐ブロックがｊ＝ｌｏｇ_２Ｍ段に亘って配置された、入力光を２分岐する複数の分岐素子と、ｊ段目の分岐素子から分岐された連続波光をそれぞれ変調するＮ×Ｍ個の外部変調器と、前記外部変調器から出力される変調後の光をＮ個の異なる波長ごとに合波するＭ個の波長合波器と、を備え、前段の分岐ブロックに入力されるＮレーンのＮ個の波長の並び順と、後段の各分岐ブロックに入力されるＮレーンのＮ個の波長の並び順とが同一となるように、前記複数の分岐素子は互いに接続されている。

本開示の実施形態による光送信器によれば、レーン間の損失ばらつきを平準化できる。

実施の形態１による光送信器の構成例を示す図である。実施の形態１による光送信器および実施例１による光送信器の効果を説明するための図である。実施の形態２による光送受信器の光送信器部分の構成例を示す図である。実施の形態２による光送受信器の光受信器部分の構成例を示す図である。実施の形態３による光送受信器の光送信器部分の構成例を示す図である。実施の形態３による光送受信器の光受信器部分の構成例を示す図である。従来技術による光送信器の構成例を示す図である。

以下、添付の図面を参照して、本開示における種々の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において同一または類似の符号を付された構成要素は、同一または類似の構成または機能を有するものであり、そのような構成要素についての重複する説明は省略する。

実施の形態１．
＜構成＞
図１を参照して、本開示の実施の形態１による光送信器について説明する。図１に示されているように、実施の形態１による光送信器は、端的には、Ｎ個の異なる波長の連続波光のそれぞれをＭ分岐する光送信器であって、Ｎ個の異なる波長の連続波光が入力されるＮ個の分岐素子５を備えた分岐ブロック５０がｊ＝ｌｏｇ_２Ｍ段に亘って配置された、入力光を２分岐する複数の分岐素子５と、ｊ段目の複数の分岐素子５から分岐された連続波光をそれぞれ変調するＮ×Ｍ個の外部変調器６と、外部変調器６から出力される変調後の光をＮ個の異なる波長ごとに合波するＭ個の波長合波器７と、を備え、前段の分岐ブロックに入力されるＮレーンのＮ個の波長の並び順と、後段の各分岐ブロックに入力されるＮレーンのＮ個の波長の並び順とが同一となるように、複数の分岐素子５は互いに接続されている構成を有する。なお、図１では波長数（波長多重数）Ｎが４の場合について図示しているが、Ｎは５以上の他の整数でもよい。また、Ｍは２以上の整数となる２の累乗である。以下、より具体的に説明する。

（レーザ光源）
一例として、光送信器の外部または内部には、互いに異なるＮ個の波長で連続波発振（ＣＷ発振）するレーザ光源４_１～４_４が設けられる。レーザ光源４_１は波長λ_１で発振し、レーザ光源４_２は波長λ_２で発振し、レーザ光源４_３は波長λ_３で発振し、レーザ光源４_４は波長λ_４で発振する。波長λ_１～λ_４は互いに異なる波長である。レーザ光源４として、温調制御などによって所望の波長に調整された半導体レーザを用いることができる。レーザ光源４_１～４_４からのレーザ光は、Ｎ本（図１の例では４本）の光ファイバを介して光送信器に入力される。なお、単一波長で発振する複数のレーザ光源に代えて、多波長で発振する単一または複数のレーザ光源を用いてもよい。

（光送信器）
光送信器は、図１に示されているように、ｊ＝ｌｏｇ_２Ｍ段の分岐ブロック５０_１～５０_ｊを備える。ｓ段目の分岐ブロック５０の数は、２^ｓ－１（ｓ＝１，２，・・・、ｊ）である。すなわち、光送信器は、１段目に１つ（＝２^１－１）の分岐ブロック５０_１を備え、２段目に２つ（＝２^２－１）の分岐ブロック５０_２を備え、ｊ段目に２^ｊ－１個の分岐ブロック５０_ｊを備える。各分岐ブロックはＮ個の分岐素子５を備え、分岐素子５は互いに光学的に接続されている。また、光送信器は、Ｎ×Ｍ個の外部変調器６とＭ個の波長合波器７とを備える。分岐ブロック５０_ｊの分岐素子５_１ｊ～５_４ｊと外部変調器６は光学的に接続され、外部変調器６と波長合波器７は光学的に接続されている。

（分岐素子）
分岐ブロック５０の各ブロックは、Ｎ個の分岐素子５を備える。１段目の分岐ブロック５０_１は分岐素子５_１１～５_４１を備え、２段目の分岐ブロック５０_２は分岐素子５_１２～５_４２を備え、ｊ段目の分岐ブロック５０_ｊは分岐素子５_１ｊ～５_４ｊを備える。各分岐素子５は入力される光信号を２つの信号に分岐する１×２分岐素子であり、導波路型の光カプラとして多モード干渉光導波路（ＭＭＩ：Multi Mode Interference）や方向性結合器を利用することができる。

１段目の分岐ブロック５０_１の構成要素である分岐素子５_１１はレーザ光源４_１に接続され、レーザ光源４_１から入力される波長λ_１のレーザ光を２分岐する。１段目の分岐ブロック５０_１の構成要素である分岐素子５_２１はレーザ光源４_２に接続され、レーザ光源４_２から入力される波長λ_２のレーザ光を２分岐する。１段目の分岐ブロック５０_１の構成要素である分岐素子５_３１はレーザ光源４_３に接続され、レーザ光源４_３から入力される波長λ_３のレーザ光を２分岐する。１段目の分岐ブロック５０_１の構成要素である分岐素子５_４１はレーザ光源４_４に接続され、レーザ光源４_４から入力される波長λ_４のレーザ光を２分岐する。分岐素子５_１１～分岐素子５_４１により２分岐されたレーザ光のうち、一方は集約されて、分岐ブロック５０_１に入力された波長の順序と同じ順序に並べられて後段に出力され、他方も集約されて、分岐ブロック５０_１に入力された波長の順序と同じ順序に並べられて後段に出力される。このような構成により、分岐ブロック５０_１は、分岐前の波長順序と同じ順序でＮレーンを１セットとした２セットの信号を後段に出力する。すなわち、分岐ブロック５０_１の入力ポート側の導波路の並び順（波長の並び順）と分岐ブロック５０_１の分岐側ポートの導波路の並び順とが一致するように導波路が交差する。導波路同士が交差する導波路交差部においては交差損失が生じる。

２段目の分岐ブロック５０_２の構成要素である分岐素子５_１２は分岐素子５_１１に接続され、分岐素子５_１１から入力される波長λ_１のレーザ光を２分岐する。２段目の分岐ブロック５０_２の構成要素である分岐素子５_２２は分岐素子５_２１に接続され、分岐素子５_２１から入力される波長λ_２のレーザ光を２分岐する。２段目の分岐ブロック５０_２の構成要素である分岐素子５_３２は分岐素子５_３１に接続され、分岐素子５_３１から入力される波長λ_３のレーザ光を２分岐する。２段目の分岐ブロック５０_２の構成要素である分岐素子５_４２は分岐素子５_４１に接続され、分岐素子５_４１から入力される波長λ_４のレーザ光を２分岐する。このような構成により、各分岐ブロック５０_２は、分岐前の波長順序と同じ順序でＮレーンを１セットとした２セットの信号を後段に出力する。

同様に、ｊ段目の分岐ブロック５０_ｊの構成要素である分岐素子５_１ｊは不図示の分岐素子５_{１（ｊ－１）}に接続され、分岐素子５_{１（ｊ－１）}から入力される波長λ_１のレーザ光を２分岐する。ｊ段目の分岐ブロック５０_ｊの構成要素である分岐素子５_２ｊは不図示の分岐素子５_{２（ｊ－１）}に接続され、分岐素子５_{２（ｊ－１）}から入力される波長λ_２のレーザ光を２分岐する。ｊ段目の分岐ブロック５０_ｊの構成要素である分岐素子５_３ｊは不図示の分岐素子５_{３（ｊ－１）}に接続され、分岐素子５_{３（ｊ－１）}から入力される波長λ_３のレーザ光を２分岐する。ｊ段目の分岐ブロック５０_ｊの構成要素である分岐素子５_４ｊは不図示の分岐素子５_{４（ｊ－１）}に接続され、分岐素子５_{４（ｊ－１）}から入力される波長λ_４のレーザ光を２分岐する。このような構成により、各分岐ブロック５０_ｊは、分岐前の波長順序と同じ順序でＮレーンを１セットとした２セットの信号を後段に出力する。これにより、ｊ段目の分岐ブロック５０_ｊから合計でＮ×Ｍレーンの信号が出力される。

このように、前段の分岐ブロックに入力される４レーンの４個の波長の並び順と、後段の各分岐ブロックに入力される４レーンの４個の波長の並び順とが同一となるように、複数の分岐素子５は互いに接続されている。

（外部変調器）
光送信器は、「ＭＯＤ１ＡＡ・・・A」～「ＭＯＤ４ＢＢ・・・Ｂ」と図示されたＮ×Ｍ個の外部変調器６を備える。外部変調器６の例には、マッハツェンダ型変調器、ＥＡ（Electro-Absorption）変調器、およびリング変調器が含まれる。ｊ段目の分岐ブロック５０_ｊから出力されるＮ×Ｍレーンの信号は、ＡＳＩＣスイッチ等のスイッチからの電気信号に基づいて、Ｎ×Ｍ個の外部変調器によってそれぞれ外部変調される。

（波長合波器）
光送信器は、「ＭＵＸ１」～「ＭＵＸＭ」と図示されたＭ個の波長合波器７を備える。各波長合波器７は、Ｎ波長の信号を１個のレーンに合波する。図１の例では、各波長合波器７には４波長の信号が入力され、各波長合波器７は入力される４波長の信号を１個のレーンに束ねて出力する。波長合波器７として導波路型素子を用いることができ、例えば、ＡＷＧ（アレイ導波路回折格子）、または複数の光カプラが接続された光を合波する素子を用いることができる。合波された信号は各波長合波器７に接続された光ファイバを介して光送信器の外部に送信される。

分岐素子５（５_１１～５_４ｊ）、外部変調器６および波長合波器７は、すべて同一の平面導波路上に形成することができる。分岐素子５（５_１１～５_４ｊ）、外部変調器６および波長合波器７は、Ｓｉフォトニクスで一体集積されてもよいし、Ｓｉフォトニクスに異種材料を集積して例えば外部変調器６だけを化合物半導体で形成してもよい。レーザ光源４_１～４_４と平面導波路は、フリップチップ実装により光学的に接続されてもよいし、同一チップ上に集積されてもよいし、ファイバを介して接続されてもよい。

＜動作＞
次に、実施の形態１による光送信器の動作について説明する。まず、Ｎ個のレーザ光源４によって発生した異なるＮ波長のＣＷ信号が、１段目の分岐ブロック５０_１に入射する。１段目の分岐ブロック５０_１に入射した各ＣＷ信号は２分岐され、分岐後のＣＷ信号は２段目の分岐ブロック５０_２に入射する。同様にして各分岐ブロックでＣＷ信号は２分岐され、ｊ段の分岐ブロック５０_ｊによってＮ×Ｍ個の信号レーンに分岐される。Ｎ×Ｍ個のＣＷ信号がＮ×Ｍ個の外部変調器６によってそれぞれ外部変調される。外部変調されたＮ×Ｍ個の信号はＭ個の波長合波器によってＮ波長ずつ波長合波され、Ｍ本の光ファイバからそれぞれ外部に信号が送信される。

＜効果＞
次に、効果について説明する。図５に示した従来技術の光送信器のような、各波長を最初から1×Ｍ分岐したのちに、Ｎ波長ずつに並べるように配置する構成によると、最大の導波路交差数は、式（１）のとおりとなる。

例えば、４波長を４分岐する図５の構成、すなわちＮ＝４かつＭ＝４の構成において、Ｐｏｒｔ４ＢＢのレーンに導波される波長λ_４のレーザ光は、他の波長λ_１～λ_３のレーザ光との交差を４段において行うので、最大の導波路交差数は（４－１）＊４＝１２となる。

一方、本実施の形態１のレイアウト配置とすると、最大の導波路交差数は、１段あたりＮ―１個のため、ｊ段では式（２）のとおりとなる。

例えば、４波長を４分岐する場合、実施の形態１の構成によれば、（４－１）＊ｌｏｇ_２４＝６となる。したがって、従来技術と比べて、最大の導波路交差数を半減することができる。

したがって、導波路交差当たりの挿入損失をＩＬ（ｄＢ）とすると、導波路交差数が最大のレーンにおける導波路交差損失は、式（３）の分だけ減少させることができる。

したがって、実施の形態１の光送信器によれば、レーン間の損失ばらつきを平準化できる。

また、導波路交差当たりのクロストークをＸＴ（ｄＢ）とすると、導波路交差数が最大のレーンにおけるクロストークは、式（４）の分だけ減少させることができる。

つまり、レーザ光源の出力パワーを従来構成と比較して式（３）の分だけ小さくすることができ、式（４）の分だけクロストークの影響を低減できる。

＜実施例１＞
以上の実施の形態１では、分岐素子５により２レーンへ分岐する際の各レーンの分岐比率は指定されていなかった。しかしながら、例えば、図１において、分岐素子５_１１から、一方の分岐ブロック５０_２の分岐素子５_１２に至るレーンと、他方の分岐ブロック５０_２の分岐素子５_１２に至るレーンとでは、他のレーンと交差する回数が異なるので導波路交差損失も異なる。また、レイアウトの相違により、曲げ損失も異なる。そこで、これらの損失の相違を考慮して、実施例１では分岐比率を指定する。具体的には、波長ｉ番目（ｉ：１，２，・・・，Ｎ）の分岐素子５の分岐比をｘ_ｉ：１－ｘ_ｉとしたときに、分岐比率ｘ_ｉ（０＜ｘ_ｉ＜１）は下記の式７を満足する。ただし、式７のＩＬｘは下記の式８によって示される。

ここで、Ｐ_ｉｊをｉ番目の波長のｊ段目における分岐素子５に入力するパワーとする。また、１段目の分岐素子５の通過後から波長合波器７までの導波路レイアウトの違いによる導波路損失または曲げ損失に起因する追加損失として、分岐比率ｘ_ｉ側のレーンの追加損失をＩＬ_ａ（ｄＢ）、分岐比率１－ｘ_ｉ側のレーンの追加損失をＩＬ_ｂ（ｄＢ）とし、損失は線形であるものとする。

このように、分岐素子の分岐比率は、より多くのレーンと交差するレーンへ分岐される連続波光の分岐比率が、より少ないレーンと交差するレーンへ分岐される連続波光の分岐比率よりも高くなるように定められる。用いられる分岐素子のうち、少なくとも１つの分岐素子がこのような分岐比率を有していてもよいし、すべての分岐素子がそのような分岐比率を有していてもよい。分岐比率が式（７）を満たすように分岐比を定めることにより、分岐比が等分岐の場合と比較して、導波路交差本数に応じて異なる導波路損失によるレーン間のパワーのばらつきを平滑化することができ、式（３）の導波路交差損失低減効果に加えて、次の式（９）の分だけの平滑化効果（分岐比平滑化効果）が上乗せされる。

本実施例の効果を数値計算によって示す。数値計算例として、波長数Ｎは４、分岐数Ｍは８、導波路交差損失ＩＬは０．２（ｄＢ）、簡単化のために導波路交差以外の導波路損失差はない（ＩＬ_ａ＝ＩＬ_ｂ）とすると、ｘ_ｉ＝０．４６６と導出することができる。このとき、式（９）より０．８６９（ｄＢ）の平滑化効果があることがわかる。

図２に波長数Ｎを４として、分岐数Ｍを横軸にとったときの、従来構成と比較しての、実施の形態１（分岐比は５０：５０）と実施例１それぞれの必要ＣＷレーザパワー出力の低減効果の計算結果を示す。分岐数Ｍが増加するほど、導波路交差損失低減効果および分岐比平滑化効果が増大していることがわかる。

光通信では最低出力パワーと最大出力パワーが規格で定められているため、最大の導波路損失が発生するレーンが規格の最低出力パワーを満足するようにレーザ光源の出力を増大させなくてはならないことに加えて、導波路損失が最も少ないレーンが規格の最大出力パワー内に収まっている必要がある。実施例１の光送信器のように、分岐導波路のレイアウト配置を最適化することで導波路交差数を最小化し、かつ光分岐の比率を調整することでレーン間の損失ばらつきを平準化することにより、多分岐の光送信器であっても規格により定められたパワーを満足することが容易となる。

実施の形態２．
＜構成＞
実施の形態２として、実施の形態１または実施例１の光送信器を用いた光送受信器を開示する。より具体的には、実施の形態２による光送受信器は、実施の形態１または実施例１の光送信器と、入力されるＮ波長の光信号を波長ごとにＮ本の信号に分波するＭ個の波長分波器、および分波されたＮ×Ｍ個の信号を受光するＮ×Ｍ個の光検出器を備える光受信器と、を備える。一例として、波長数Ｎを４、分岐数Ｍを４とした場合の構成を図３Ａおよび図３Ｂに示す。図３Ａおよび図３Ｂは一体として光送受信器の構成を示す。図３Ａに示されているのは実施の形態１または実施例１の光送信器であり、図３Ｂに示されているのは光受信器である。図３Ｂに示されているように、光送受信器は、４つの波長分波器８１～８４と、各波長分波器に光学的に接続された４つの光検出器９を備える。光送信器と光受信器はシリコンフォトニクス（Ｓｉフォトニクス）またはＳｉフォトニクスに異種材料を集積したプラットフォームに一体集積してもよいし、光送信器と光受信器を別チップに分けて集積してもよい。

（波長分波器）
波長分波器（ＤｅＭＵＸ：demultiplexer）８１～８４は、Ｎ波長の光信号が入力されたときに、入力されたＮ波長の光信号を波長ごとにＮ本の信号に分波する素子である。波長分波器８１～８４として、導波路型素子を用いることができ、例えばＡＷＧ(アレイ導波路回折格子)、エシェル回折格子、または複数の光カプラが接続された光を分波する素子を用いることができる。波長分波器８１～８４は偏波無依存素子であってよい。

（光検出器）
Ｎ×Ｍ個の光検出器９は、受信した光信号を電気信号に変換する素子である。電気信号は、不図示のＴＩＡ（Transimpedance Amplifier）によって増幅されてよい。

＜動作＞
次に、実施の形態２の光送受信器の動作について説明する。実施の形態２の光送受信器と同様の構成を有する光送受信器から実施の形態１または実施例１と同様の動作で送信された光信号が光ファイバを介して伝送された後に、実施の形態２の光送受信器に入射する。入射したＭ個の光信号は、波長分波器によってそれぞれＮ個の光信号に波長分波された後に、Ｎ×Ｍ個の光検出器によって電気信号に変換される。

本実施の形態を適用することで、複数のシングルモードファイバを用いたパラレル伝送において光送信器の内部損失を低減しつつ、光送受信器を小型集積することが可能となる。

実施の形態３．
＜構成＞
実施の形態３として、実施の形態１または実施例１の光送信器を用いた光送受信器を開示する。より具体的には、実施の形態３による光送受信器は、実施の形態１または実施例１の光送信器と、以下で説明する光受信器とを組み合わせた構成を有する。光受信器は、入力されるＮ波長の光信号をＮ波長のＴＥモードの光信号およびＮ波長のＴＭモードの光信号に偏波分離するＭ個の偏波分離素子１０、偏波分離されたＮ波長のＴＥモードの光信号が入力され、入力された光信号を波長ごとにＮ本の信号に分波するＭ個の波長分波器（８１１、８２１、８３１、８４１）、偏波分離されたＮ波長のＴＭモードの光信号が入力され、入力された光信号をそれぞれ９０度偏波回転するＭ個の偏波回転素子１１、９０度偏波回転された光信号を波長ごとにＮ本の信号に分波するＭ個の波長分波器（８１２、８２２、８３２、８４２）、および分波されたＮ×Ｍ×２個の信号を受光するＮ×Ｍ×２個の光検出器（９_ＴＥ、９_ＴＭ）を備える。

一例として、波長数Ｎを４、分岐数Ｍを４とした場合の構成を図４Ａおよび図４Ｂに示す。図４Ａおよび図４Ｂは一体として光送受信器の構成を示す。図４Ａに示されているのは実施の形態１または実施例１の光送信器であり、図４Ｂに示されているのは光受信器である。図４Ｂに示されているように、光送受信器は、４つの偏波分離素子１０と、４つの偏波回転素子１１と、８つの波長分波器８１１～８４２と、各波長分波器に接続された４つの光検出器９ＴＥまたは９ＴＭを備える。光送信器と光受信器はシリコンフォトニクス（Ｓｉフォトニクス）またはＳｉフォトニクスに異種材料を集積したプラットフォームに一体集積してもよいし、光送信器と光受信器を別チップに分けて集積してもよい。

（偏波分離素子）
偏波分離素子１０は、入射光を平面導波路のＴＥモードとＴＭモードに分離する素子である。

（偏波回転素子）
偏波回転素子１１は、入力された光信号の偏波を９０度回転する素子である。

偏波分離素子と偏波回転素子は導波路型素子として形成することができ、特にＳｉフォトニクスによって形成されてもよい。

（波長分波器）
波長分波器（ＤｅＭＵＸ：demultiplexer）８１１～８４２は、Ｎ波長の光信号が入力されたときに、入力されたＮ波長の光信号を波長ごとにＮ本の信号に分波する素子である。波長分波器８１～８４として、導波路型素子を用いることができ、例えばＡＷＧ(アレイ導波路回折格子)、エシェル回折格子、または複数の光カプラが接続された光を分波する素子を用いることができる。波長分波器としてＴＥモードによって動作するものを用いることができる。

（光検出器）
Ｎ×Ｍ×２個の光検出器９は、受信した光信号を電気信号に変換する素子である。電気信号は、不図示のＴＩＡ（Transimpedance Amplifier）によって増幅されてよい。

＜動作＞
次に、実施の形態３の光送受信器の動作について説明する。実施の形態３の光送受信器と同様の構成を有する光送受信器から実施の形態１または実施例１と同様の動作で送信された光信号が光ファイバを介して伝送した後に、実施の形態３の光送受信器に入射する。

Ｓｉフォトニクスによる平面導波路系を利用する場合、製造誤差を考慮すると偏波無依存化は困難となるため、コヒーレント検波を利用した偏波多重を利用しないような短距離通信においては、受信した信号の偏光状態によって適切に波長分波ができなくなる。そこで、入射した光信号を偏波分離した後、分離後のＴＭモードは９０度偏波回転させてＴＥモード化する。

偏波分離素子１０は、入射した光信号を偏波分離する。分離されたＴＥモードの光信号は、波長分波器（８１１、８２１、８３１、または８４１）に伝送される。分離されたＴＭモードの光信号は偏波回転素子１１に伝送され、偏波回転素子１１は入射した光信号を偏波回転してＴＥモードの光信号に変換し、ＴＥモードにされた光信号を波長分波器（８１２、８２２、８３２、または８４２）に伝送する。

各波長分波器は、入射された光信号を、Ｎ個の信号に波長分波する。波長分波されたＮ個の信号は、Ｎ×Ｍ×２個の光検出器によって電気信号に変換される。電気信号への変換後、ＴＩＡによって電気信号を増幅してもよい。電気信号に変換後、あるいはＴＩＡによって信号を増幅後、同一のファイバから入射した同一の波長の内、偏波分離された２つの信号レーン（例えば、ＰＤ１ＡＡ－ＴＥに入射した信号とＰＤ１ＡＡ－ＴＭに入射した信号）を位相差を補正したうえで合波する。

本実施の形態を適用することで、複数のシングルモードファイバを用いたパラレル伝送において光送信器の内部損失を低減しつつ、光送受信器を小型集積することが可能となる。また、シングルモードファイバ伝送後、光受信器に入射した光のＴＥモード成分が弱い場合でも追加損失が少ない。また、信号の合波も、例えば光導波路に遅延線を設けて光検出器前で合波するよりも、電気信号へ変換後に容易に合波することが可能となる。

＜付記＞
以上で説明した種々の実施形態のいくつかの側面について、以下のとおりまとめる。

（付記１）
付記１の光送信器は、Ｎを４以上の整数、Ｍを２以上の整数となる２の累乗として、Ｎ個の異なる波長の連続波光のそれぞれをＭ分岐する光送信器であって、前記Ｎ個の異なる波長の連続波光が入力されるＮ個の分岐素子を備えた分岐ブロックがｊ＝ｌｏｇ_２Ｍ段に亘って配置された、入力光を２分岐する複数の分岐素子（５）と、ｊ段目の複数の分岐素子から分岐された連続波光をそれぞれ変調するＮ×Ｍ個の外部変調器（６）と、前記外部変調器から出力される変調後の光をＮ個の異なる波長ごとに合波するＭ個の波長合波器（７；７１～７４）と、を備え、前段の分岐ブロックに入力されるＮレーンのＮ個の波長の並び順と、後段の各分岐ブロックに入力されるＮレーンのＮ個の波長の並び順とが同一となるように、前記複数の分岐素子は互いに接続されている。

（付記２）
付記２の光送信器は、付記１の光送信器であって、前記複数の分岐素子のうち少なくとも１つの分岐素子は、より多くのレーンと交差するレーンへ分岐される連続波光の分岐比率が、より少ないレーンと交差するレーンへ分岐される連続波光の分岐比率よりも高い分岐素子を有する。

（付記３）
付記３の光送信器は、付記１または付記２の光送信器であって、前記ｊ段の分岐ブロックのうちの１段目の分岐ブロックのＮ個の分岐素子（５_１１～５_４１）は、前記Ｎ個の異なる波長の連続波光を発生させる１つ以上の半導体レーザ（４）と、Ｎ本の光ファイバによって接続されている。

（付記４）
付記４の光送信器は、付記１から３のいずれか１つの光送信器であって、前記Ｎ個の異なる波長の連続波光を発生させる１つ以上の半導体レーザ（４）を更に備え、前記１つ以上の半導体レーザ、前記複数の分岐素子、前記Ｎ×Ｍ個の外部変調器、および前記Ｍ個の波長合波器は、シリコンフォトニクス上に異種材料を集積したチップによって一体集積されている。

（付記５）
付記５の光送信器は、付記１から３のいずれか１つの光送信器であって、前記複数の分岐素子、前記Ｎ×Ｍ個の外部変調器、および前記Ｍ個の波長合波器は、シリコンフォトニクスまたはシリコンフォトニクス上に異種材料を集積したチップによって一体集積されている、請求項１に記載された光送信器。

（付記６）
付記６の光送信器は、付記１から５のいずれか１つの光送信器であって、前記複数の分岐ブロックは、ｓを１からｊまでの整数として、ｓ段目の分岐ブロックの数が２^ｓ－１となるように配置されている。

（付記７）
付記７の光送受信器は、付記１から６のいずれか１つの光送信器、並びに入力されるＮ波長の光信号を波長ごとにＮ本の信号に分波するＭ個の波長分波器、および分波されたＮ×Ｍ個の信号を受光するＮ×Ｍ個の光検出器を備える光受信器を備える。

（付記８）
付記８の光送受信器は、付記１から６のいずれか１つの光送信器、並びに入力されるＮ波長の光信号をＮ波長のＴＥモードの光信号およびＮ波長のＴＭモードの光信号に偏波分離するＭ個の偏波分離素子（１０）、偏波分離されたＮ波長のＴＥモードの光信号が入力され、入力された光信号を波長ごとにＮ本の信号に分波するＭ個の波長分波器（８１１、８２１、８３１、８４１）、偏波分離されたＮ波長のＴＭモードの光信号が入力され、入力された光信号をそれぞれ９０度偏波回転するＭ個の偏波回転素子（１１）、９０度偏波回転された光信号を波長ごとにＮ本の信号に分波するＭ個の波長分波器（８１２、８２２、８３２、８４２）、および分波されたＮ×Ｍ×２個の信号を受光するＮ×Ｍ×２個の光検出器（９_ＴＥ、９_ＴＭ）を備える光受信器を備える。

（付記９）
付記９の光送受信器は、付記７の光送受信器であって、前記波長分波器と前記光検出器はシリコンフォトニクスチップ上に一体集積されている。

（付記１０）
付記１０の光送受信器は、付記８の光送受信器であって、前記波長分波器、前記偏波分離素子、前記偏波回転素子、および前記光検出器は、シリコンフォトニクスチップ上に一体集積されている。

（付記１１）
付記１１の光送受信器は、付記９または１０の光送受信器であって、前記光送信器と前記光受信器はシリコンフォトニクスチップ上に一体集積されている。

なお、実施形態を組み合わせたり、各実施形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

本開示の光送信器または光送受信器は、従来のプラガブルトランシーバに代替するＣＰＯとして用いることができる。

１（１_１～１_４）レーザ光源、４（４_１～４_４）レーザ光源、５（５_１１～５_４ｊ）分岐素子、６外部変調器、７波長合波器、９（９_ＴＥ、９_ＴＭ）光検出器、１０偏波分離素子、１１偏波回転素子、２１ＡＡ～２４ＢＢ外部変調器、３１～３４波長合波器、８１～８４波長分波器、８１１波長分波器、８１２波長分波器、８２１波長分波器、８２２波長分波器、８３１波長分波器、８３２波長分波器、８４１波長分波器、８４２波長分波器。

Claims

Ｎを４以上の整数、Ｍを２以上の整数となる２の累乗として、Ｎ個の異なる波長の連続波光のそれぞれをＭ分岐する光送信器であって、
前記Ｎ個の異なる波長の連続波光が入力されるＮ個の分岐素子を備えた複数の分岐ブロックがｊ＝ｌｏｇ_２Ｍ段に亘って配置された、入力光を２分岐する複数の分岐素子と、
ｊ段目の複数の分岐素子から分岐された連続波光をそれぞれ変調するＮ×Ｍ個の外部変調器と、
前記外部変調器から出力される変調後の光をＮ個の異なる波長ごとに合波するＭ個の波長合波器と、
を備え、
前段の分岐ブロックに入力されるＮレーンのＮ個の波長の並び順と、後段の各分岐ブロックに入力されるＮレーンのＮ個の波長の並び順とが同一となるように、前記複数の分岐素子は互いに接続されている、
光送信器。
前記複数の分岐素子のうち少なくとも１つの分岐素子は、より多くのレーンと交差するレーンへ分岐される連続波光の分岐比率が、より少ないレーンと交差するレーンへ分岐される連続波光の分岐比率よりも高い分岐素子を有する、請求項１に記載された光送信器。
前記ｊ段の分岐ブロックのうちの１段目の分岐ブロックのＮ個の分岐素子は、前記Ｎ個の異なる波長の連続波光を発生させる１つ以上の半導体レーザと、Ｎ本の光ファイバによって接続されている請求項１に記載された光送信器。
前記Ｎ個の異なる波長の連続波光を発生させる１つ以上の半導体レーザを更に備え、
前記１つ以上の半導体レーザ、前記複数の分岐素子、前記Ｎ×Ｍ個の外部変調器、および前記Ｍ個の波長合波器は、シリコンフォトニクス上に異種材料を集積したチップによって一体集積されている、請求項１に記載された光送信器。
前記複数の分岐素子、前記Ｎ×Ｍ個の外部変調器、および前記Ｍ個の波長合波器は、シリコンフォトニクスまたはシリコンフォトニクス上に異種材料を集積したチップによって一体集積されている、請求項１に記載された光送信器。
前記複数の分岐ブロックは、ｓを１からｊまでの整数として、ｓ段目の分岐ブロックの数が２^ｓ－１となるように配置されている、請求項１に記載の光送信器。
請求項１から６のいずれか１項に記載された光送信器と、
入力されるＮ波長の光信号を波長ごとにＮ本の信号に分波するＭ個の波長分波器と、
分波されたＮ×Ｍ個の信号を受光するＮ×Ｍ個の光検出器と、
を備える、光受信器と、
を備える、光送受信器。
請求項１から６のいずれか１項に記載された光送信器と、
入力されるＮ波長の光信号をＮ波長のＴＥモードの光信号およびＮ波長のＴＭモードの光信号に偏波分離するＭ個の偏波分離素子と、
偏波分離されたＮ波長のＴＥモードの光信号が入力され、入力された光信号を波長ごとにＮ本の信号に分波するＭ個の波長分波器と、
偏波分離されたＮ波長のＴＭモードの光信号が入力され、入力された光信号をそれぞれ９０度偏波回転するＭ個の偏波回転素子と、
９０度偏波回転された光信号を波長ごとにＮ本の信号に分波するＭ個の波長分波器と、
分波されたＮ×Ｍ×２個の信号を受光するＮ×Ｍ×２個の光検出器と、
を備える、光受信器と、
を備える、光送受信器。
前記波長分波器と前記光検出器はシリコンフォトニクスチップ上に一体集積されている、請求項７に記載された光送受信器。
前記波長分波器、前記偏波分離素子、前記偏波回転素子、および前記光検出器は、シリコンフォトニクスチップ上に一体集積されている、請求項８に記載された光送受信器。
前記光送信器と前記光受信器はシリコンフォトニクスチップ上に一体集積されている、請求項９に記載された光送受信器。
前記光送信器と前記光受信器はシリコンフォトニクスチップ上に一体集積されている、請求項１０に記載された光送受信器。