JPH0333726A - 偏波分離光回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、コヒーレント光通信用偏波ダイパーシティ受
信方式に用いる偏波分離光回路に関し、特に集積化され
た構造の偏波分離光回路に関するものである。

［従来の技術Ｊ コヒーレント光通信を実現する上で問題となる偏波変動
を解決する手段の一つとして、直交する二つの偏波成分
を別々に受光し電気回路段で合成する偏波ダイパーシテ
ィ受（Ｘ方式が注目されている。最近、この偏波ダイパ
ーシティ受信方式とバランス型レシーバを併用したバラ
ンスドレシーバ型偏波ダイパーシティ受信方式が提案さ
れ（ＥＣＯＣ’８６−４０７）　、この有効性を示す室
内実験結果も報告されている（例えば、Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ、Ｌｅｔｔ、。

＋９８７．２３．１１１１９５）、第３図はこの方式の
構成例を示すブロック図で、ｌｏｔは信号光、１０２は
円４ｍ波または偏波保持光ファイバにおいて同じ振幅を
有する直交偏波の局部発振光、１０３は偏波保持カップ
ラ、１０４，１０５は偏波保持ファイバ、１０６，１０
８は偏波ビームスプリッタ、１０７ａ、１０７ｂ、１０
７ｃ、１０９ａ。

１０９ｂ、１０９ｃはレンズ、１１０，１１１，１１２
．１１３は単一モード光ファイバ、１１４，１１５はバ
ランス形光検出器、１１６，１１７は復調器、１１８は
ミキサ、１１９は出力信号である。以下に、この構成の
動作を説明する。伝送路（図示せず）からのｆＳＳ先光
１０１３ｄＢ偏波保持光フアイバカツプラ】０３で局部
発振光１０２と合波され、その一方の出力光は出力偏波
促持光ファイバ１０４でレンズ１０７ａに導かれ平行光
に変換される。この平行光は偏光ビームスプリッタ１０
６で互いに直交するｐ波とＳ波に分離され、各々の偏光
成分はレンズ１０７ｂ、ｌ０７ｃて単一モード光ファイ
バ１１０，１１１を介し光検出器１１４，１１５に導か
れる。一方、３ｄｔｌ偏波保持光フアイバカツプラ１０
３の他の出力も同様に、偏光ビームスプリッタ１０８を
介して光検出器１１４，１１５に導かれる。ここで光検
出器１１４はｐ波を検出するバランス形光検出器、光検
出器１１５はＳ波を検出するバランス形光検出器である
。ハラスン形受光器の出力は偏光成分毎に後段の電気回
路１１６，１１７で増幅、復調され最後に電気的に合成
された信号１１９になる。

以上に説明したようなこの方法は、信号光の偏波変動に
対しても安定した受信動作が可能であるという偏波ダイ
パーシティ方式のもつ本来の特徴に加えて、バランスド
形受信回路により以下のような利点が生ずる。第１には
、局部発振光強度雑音が抑圧できることであり、第２に
は３ｄＢカツプラにおいて２つの出力光を用いることに
より信号光と局部発振光のパワーの利用効率が高まるこ
とである。このため、バランス形偏波ダイパーシティ受
ｆ３方式は今後のコヒーレント光通信において欠かせな
い方式と考えられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし従来の構成では、個別部品で構成されるので、部
品間に極めて高い光軸合わせの精度が必要になり、受光
系が大きく、また接続部が多いため、信頼性に欠けるな
どシステムに組む場合には実用的ではない問題があった
。また受信信号の周波数が数Ｇ１１ｚになると、偏波ビ
ームスプリッ着夕から受信回路までの２つのｐ波または
２つのＳ波の光路長が等しくなければ２つのｐ波間ある
いは２つのＳ波間に位相ずれを生しる。しかしレンズや
光ファイバを有する従来の構成では、この光路長を等し
くすることが極めて知しいという問題かあった。

本発明は３ｄＢカツプラおよび２個の偏波ビームスプリ
ッタをすべて石英ガラスの光導波路で果梢化することに
よって、コヒーレント光伝送の偏波ダイバシティ受ｆε
回路の起生形化・安定化を図り、２個の偏波ビームスプ
リッタからバランス形光検出器までの距離をほぼ同じに
することにより、数Ｇ　Ｉｔ　ｚまで超高周波の光伝送
にも適用できる構造を実現することを目的とする。

［課題を解決するための手段１ 本発明は信号光か入射する単一モード光ファイバが接続
される第１の入射端９局部発振レーザ光が入射する偏波
保持光ファイバが接続される第２の入射端および第１お
よび第２の出力側光導波路を有する光結合器光導波路と
、それぞれ第１および第２の出力側光導波路から直角方
向に分岐する第１および第２の分岐光導波路と、第１お
よび第２の分岐光導波路のそれぞれの分岐点において、
それぞれ第１および第２の出力側光導波路と４５゜の方
向に設けられた溝と、溝に１％人された偏波分離フィル
タと、第１および第２の出力側光導波路、第１および第
２の分岐光導波路の端面のそれぞれに装着された光検出
器とを具えたことを特徴とする。

［作　用］ 本発明では、石英ガラスの光導波路では直線偏波は保持
されることを利用する。また２個の偏波ビームスプリッ
タは光導波路に対して４５°方向に形成された溝に薄膜
フィルタで構成され、ｐ波およびＳ波の信号光を導波路
端面に装着されたバランス形光検出器で検出する。従来
はこのような素子が一体化されていなかった。本発明の
このような構成によって、回路の起生形化と安定な動作
が実現できる。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示し、図（Ａ）は平面
図、図（ロ）は断面図である。図において、２０１は比
屈折率差Δ＝０．３％、コア径８μｍの標準化された単
一モード光ファイ″バ、２０２はΔ−０，３％、コア径
８μｍのＰＡＮＤＡファイバと呼ばれる偏波保持光７７
−１’バ、２０：ｌ、２０４，２０６ａ、２０６ｂ、２
０７ａおよび２０７ｂはそれぞれΔ＝０，３％、８μｍ
Ｘ８μｍの石英ガラス光導波路、２０５は３ｄＢカツフ
ラ、２０８は石英ガラス基板、２０９は溝、２１０はＳ
波とｐ波を分離する偏波分離薄膜フィルタ、２１１ａ、
２１１ｂ、２１２ａおよび２１２ｂはそれぞれバランス
形光検出器、２１３はＳｊ基板である。石英ガラス光導
波路は、Ｓｔ基板の上にスート堆積、ガラス化処理、ド
ライエツチングによるパターン化によっ゛Ｃ作製される
（例えば列内：　“導波路型光回路素子”、オブトロニ
クス、ｖｏｌ、８０．ｐ８５（１９８９，９）参照）。

光導波路２０３，２０４，２０６ａ、２０６ｂ、２０７
ａおよび２０７ｂは、５ｉ０２ガラスにＴｉＯ２が数％
添加されており、このＴｉＯ２の添加量によって光導波
路の屈折率を制御する。単一モード光ファイバ２０１　
と光導波路２０３は端面接続され、一方偏波保持光ファ
イバ２０２と光導波路２０４は偏波保持光フアイバ２０
２の複屈折の主軸が光導波路のＴＥモードまたは７Ｍモ
ードの軸に合致するように端面接続される。本実施例で
は、接続損失それぞれ０．３ｄＢおよび０．５ｄｌｌ、
偏波保持光フアイバ２０２と光導波路２０４の偏波主軸
の合致度は２５ｄＢであった。３ｄＢカツプラは、波長
１．５５μｍにおいて過剰損失は０．１ｄＢ％ＴＥモー
ド間および７Ｍモード間の結合度はそれぞれ５０．５％
および４９．５％であった。光導波路２０６ｂおよび２
０７ｂと光導波路２０６ａおよび２０７ａとはそれぞれ
直交している。満２０９はマイクロラッピング（例えば
斉藤。

渡辺：　“マイクロ形状加工“、５９年Ｐｉ！ｆ密工学
学会、前刷り集、２０８　、　　（１９８４，１０）参
照）によって、光導波路２０６ａと２０６ｂのＴ形交点
および光４波路２０７ａと２０７Ｍ）　Ｔ形交点にまた
がって、光導波路の伝搬方向と４５°方向に、３５μｍ
幅、７朶さ０．４ｍｌ＋＋で形成される。満２０９に挿
入される偏波分離薄膜フィルタ２１０は、石英ガラス２
１０ａに５ｊ０２とＴｉＯ２を交互に数十層真空蒸着し
て偏波分離薄１漠２１０ｂを形成したものである。石英
ガラス２１０ａの裏面は研Ｉ）ｊされている。溝２０９
は連続した一木の溝である必要はなく、直交する光導波
路の交点におい−Ｃ１光導波路２０６ｂおよび２０７ｂ
に対して４５°の角度をなして形成されればよい。偏波
分離特性から光検出器２１１ａおよび光検出器２１２ａ
までの距離はほぼ等しく、光検出器２１１ｂおよび光検
出器２１２ｂまでの距離はほぼ等しい。偏波分離薄膜フ
ィルタ２１０によってＴＥモードはバランス形光検出器
２１２ａおよび２１２ｂへ、７Ｍモードはバランス形光
検出器２１１ａおよび２１１ｂへ導かれる。ここで光導
波路２０６ｂは２０７ａと直角に交差するが、交差点に
おける損失は０．１ｄＢに過ぎない。偏波分離特性はＴ
Ｅモード・ＴＭモートの偏波分離度は３８ｄＢ、　ＴＥ
モードの過剰損失は０．４ｄＢ　、　７Ｍモードの過剰
損失は０．５ｄＢである０石英ガラス光導波路には大き
な複屈折率があるため、３ｄＢカツプラ２０５のＴＥモ
ードと７Ｍモードに結合度の差を生じるので、この複屈
折率を低減するために、光導波路の上に数μｍ厚のα−
５ｉ［Ｑを形成するとよい。これはα−５ｉ［の膜応力
が光導波路の複屈折率を相殺する方向に働くからである
。

光導波路の複屈折率は完全に消去できないが、ＴＥモー
ドと７Ｍモードの結合度の差を無視できる程小さくでき
る（杉田、神宮寺、高声、河内：導波型リング共振器の
偏波依存性解消、電子情報通信学会春季全国大会、論文
集、Ｃ−５０３，（１９８９，３）参照）、さらに光導
波路内でファブリペローモードが生じないように、光導
波路の端面は５°程度直角から斜めに研磨されている。

この構成により光ファイバから光検出器までの過剰損失
は、光導波路の伝搬損失を含めると、ＴＥモードに対し
ては１．３ｄＢ　、　７Ｍモードに対しては１．６ｄＢ
である。この光ｉＪ、積形偏波分離光回路により、波長
１．５５μ情ＤＦＢレーザを用いた１、６Ｇｂ／ｓ　Ｄ
ＰＳＫ光伝送実験のヘテロダイン検波方式において偏波
変動による影響抑制効果が抑えられ、周波数安定度±Ｉ
　ＭＨｚが得られた。またこの光条積形偏波分離光回路
はプリント基板に搭載される程小形化された。

以上の実施例では光導波路はすべて単一モード系で構成
されているので、７１２０９を作製する精度が厳しい。

これを緩和するために、偏波分ｌｌ！！薄膜フィルタ２
１０で反射および透過する光を導波する光導波路２０６
ａ、２０６ｂ、２０７ａおよび２０７ｂを多モードにし
た構成を第２図に示す。この図は、第１図の３ｄＢカツ
プラ以降を示し、３０１および３０２は単一モード光導
波路、　３０３ａ、３０３ｂ、３０４ａおよび３０４ｂ
はそれぞれ２０μｍＸ２０μｍの多モード光導波路、３
０５は石英ガラス基板、３０６は溝、３０７は石英ガラ
ス３０７ａに偏波分１１ｉＷＡ３０７ｂを蒸着した偏波
分離薄膜フィルタ、３０８ａ、３０８ｂ、３０９ａおよ
び３０９ｂはバランス形光検出器である。この構成によ
り偏波分離薄膜フィルタ３０７部の過剰損失が、単一モ
ード系より低減されている。ＴＥモードの過剰損失は０
．１ｄＢ　、　ＴＥモードの過剰損失は０．２ｄＢで、
ＴＥモート・７Ｍモードの偏波分離度は３５ｄＢであっ
た。１．６Ｇｂ／ｓ　ＤＰＳに光伝送実験のヘテロダイ
ン受信特性は第１図に示した構成とはほとんど変わらな
かった。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、バランスドレシー
バ型偏波ダイパーシティ受イ３方式における偏波分離回
路を光導波路で集積化することにより、超重形化と安定
な動作が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光集積型の偏波分離回路の第１の
実施例の平面図および断面図、第２図は第２の実施例の
部分平面図、 第３図はバランスドレシーバ型偏波ダイパーシティ受信
方式の構成例を示すブロック図である。 １０１・・・伝送信号光、 ！０２・・・円偏波または偏波保持光ファイバにおいて
同じ振幅を有する直交偏波の局部発振光、１０３・・・
偏波保持カップラ、 １０４．１０５・・・偏波保持光ファイバ、１０６．１
０８・・・偏波ビームスプリッタ、１０７ａ、１０７ｂ
、１０７ｃ、１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ　−−−レ
ンズ、１１０．１１１，１１２，１１３・・・単一モー
ド光ファイバ、１１４．１１５・・・バランス形光検出
器、１１６．１１７・・・復調器、 １１８・・・ミキサ、 １１９・・・出力信号、 ２０１・・・単一モード光ファイバ、 ２０２・・・偏波保持光フフイパ、 ２０３．２０４，２０６ａ、２０６ｂ、２０７ａ、２０
７ｂ・・・石英ガラス光導波路、 ２０５・・・３ｄＢカツプラ、 ２０８・・・石英ガラス基板、 ２０９・・・溝、 ２１０・・・偏波分離薄膜フィルタ、 ２１１ａ、２１１ｂ、２１２ａ、２１２ｂ　・＝バラン
ス形光検出器、２１３・・・Ｓｉ基板、 ３０１．３０２・・・単一モード光導波路、３０３ａ、
３０３ｂ、３０４ａ、３０４ｂ　＝多モード光導波路、
３０５・・・石英ガラス基板、 ３０６・・−溝、 ３０７・・・偏波分離Ｒ膜フィルタ、 ３０８ａ、３０８ｂ、３０９ａ、３０９ｂ　−バランス
形光検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）信号光が入射する単一モード光ファイバが接続され
   る第１の入射端、局部発振レーザ光が入射する偏波保持
   光ファイバが接続される第２の入射端および第１および
   第２の出力側光導波路を有する光結合器光導波路と、 それぞれ前記第１および第２の出力側光導波路から直角
   方向に分岐する第１および第２の分岐光導波路と、 前記第１および第２の分岐光導波路のそれぞれの分岐点
   において、それぞれ前記第１および第２の出力側光導波
   路と４５゜の方向に設けられた溝と、 該溝に挿入された偏波分離フィルタと、 前記第１および第２の出力側光導波路、前記第１および
   第２の分岐光導波路の端面のそれぞれに装着された光検
   出器とを具えたことを特徴とする偏波分離光回路。 ２）前記第１および第２の出力側光導波路および前記第
   １および第２の分岐光導波路のそれぞれの前記分岐点か
   ら前記光検出器に至るまでの部分が多モード光導波路で
   あることを特徴とする請求項１に記載の偏波分離光回路
   。