JPWO2011152202A1 - Ｐｌｃ型復調用遅延回路及びｐｌｃ型光干渉計 - Google Patents

Ｐｌｃ型復調用遅延回路及びｐｌｃ型光干渉計 Download PDF

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Abstract

種々の光出力導波路の配置に対して、PLCチップの小型化を可能にしたPLC型復調用遅延回路及びPLC型光干渉計を提供する。PLC型復調用遅延回路１では、第一のMZI４のアーム導波路８，９と、第二のMZI５のアーム導波路１２，１３とが、平面光波回路１Ａ内において、同じ領域内で重なるように形成されている。MZI４，５の各光路は、Ｙ分岐導波路３で２分岐されたDQPSK信号の伝搬方向が逆回りになるように配置されている。種々の光出力導波路の配置に対して、PLC型復調用遅延回路１を小型に設計することが可能となる。

Description

本発明は、一つのPLCチップ上に形成された、光分岐器と複数のマッハツェンダー干渉計からなる光干渉計に関する。
特に、DQPSK変調された光信号を復調させる平面光波回路が形成されたPLC型復調用遅延回路に関する。
40GbpsDQPSK通信方式において、差動四値位相変調(DQPSK：Differential Quadrature Phase Shift Keying)されたDQPSK信号（光信号）を復調する遅延回路をPLCで構成する方法として、光分岐器と２つのマッハツェンダー干渉計（MZI）で構成する方法がある（例えば、非特許文献１参照）。本デバイスでは、モジュールの小型化、低電力化、MZI特性の均一化、低偏波依存性などの課題、要求がある。
また、本遅延回路で復調され、４つの出力端から出力された光信号の各ビットは略同時に4つの受光素子に入射される必要があるため、光分岐器から4つの出力端までの光路長を正確に合わせる必要がある。
さらに、DQPSK用受信機を小型化する手段として、平面光波回路（PLC）で構成した遅延回路からの出力光を２つのバランスドレシーバに直接結合、またはレンズ等を用いてPLCチップに非常に近接して結合する方法が検討されている。しかし、この場合、バランスドレシーバやレンズ等の光部品のサイズや配置の制約から、遅延回路の出力端の配置に制約が発生し、遅延回路の小型化の妨げとなることがある。
これらの要求・課題に対し、下記のような解決手段が提案されている。
特許文献１に記載の従来技術では、単一のMZIに関しての遅延線中央部に半波長板を挿入し、半波長板挿入部においてMZIの2本のアーム導波路を近接させることで低偏波依存性を改善している。
特許文献２に記載の従来技術では、Y分岐と2つのMZIで構成したDQPSK用遅延回路に関して小型化の手段が提案されている。
特開２００７−２３２９４４号公報 特開２００９−２４４４８３号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術では、MZIを複数集積する場合の配置手段については示唆されていない。
また、上記特許文献１に記載の従来技術では、種々の制約の下で小型に設計するには、設計の自由度が不十分な場合があり、問題であった。特にPLCで構成した遅延回路からの出力光を受光素子（ＰＤ）に直接結合、またはレンズ等を用いてPLCチップの出力端と略同一のピッチでＰＤに結合する場合、ＰＤ等の部品サイズの制約などから第一のMZIの出力端と第二のMZIの出力端の間隔を大きくする必要があるが、従来の構成でこのような要求を満たすには出力端間隔の調整用導波路が必要となり、サイズの増大を招くという問題があった。
本発明は、これらの課題を解決するために為されたもので、その目的は、種々の光出力導波路の配置に対して、PLCチップの小型化を可能にしたPLC型復調用遅延回路及びPLC型光干渉計を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の第一の態様に係るPLC型復調用遅延回路は、一つのPLCチップ上に、DQPSK変調された光信号を復調させる平面光波回路が形成されたPLC型復調用遅延回路であって、DQPSK変調された光信号を２分岐する光分岐器と、分岐された前記光信号をそれぞれ１ビット遅延させて干渉させる第一のMZI及び第二のMZIと、を備え、前記第一のMZIの２つのアーム導波路と前記第二のMZIの２つのアーム導波路とが前記平面光波回路の同じ領域内で重なるように形成され、かつ、前記第一のMZI及び第二のMZIの各光路は、前記光信号の伝搬方向が逆回りになるように配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、種々の光出力導波路の配置に対して、PLC型復調用遅延回路を小型に設計することが可能となる。特に、バランスドレシーバ等の配置による制約から、両MZIの出力端の間隔がPLCチップの同じ端面で大きく離れていて、光出力導波路のピッチ変換のために、PLC型復調用遅延回路のチップサイズが増大してしまう場合に非常に有効である。
ここで、「MZI」は、マッハツェンダー干渉計である。また、「伝搬方向が逆回りになる」とは、第一のMZIの光路で光信号がPLCチップ内を右回りに伝搬する場合、第二のMZIの光路で光信号がPLCチップ内を左回りに伝搬し、第一のMZIの光路で光信号がPLCチップ内を左回りに伝搬する場合、第二のMZIの光路で光信号がPLCチップ内を右回りに伝搬することを意味する。
本発明の他の態様に係るPLC型復調用遅延回路は、前記第一のMZIの２つの出力端と前記第二のMZIの２つの出力端とが、前記PLCチップの同じ端面で前記MZIの中心に関して両側に配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、両MZIの出力端を、PLCチップの同じ端面でMZIの中心に関して両側に任意の間隔で離すという要求を、PLCチップの小型化を図りつつ実現可能になる。
ここで、「第一のMZIの２つの出力端」とは、DQPSK変調された光信号を第一のMZIにより１ビット遅延させて干渉させることで光強度信号に変換されたＩ成分（Ｉチャネル）の光強度信号が出力される２つの出力ポートである。同様に、「第二のMZIの２つの出力端」とは、DQPSK変調された光信号を第二のMZIにより１ビット遅延させて干渉させることで光強度信号に変換されたＱ成分（Ｑチャネル）の光強度信号が出力される２つの出力ポートである。
また、「MZIの中心」とは、２つのアーム導波路が平面光波回路の同じ領域内で重なるように形成された第一及び第二のMZIの各アーム導波路の中心を意味する。
本発明の他の態様に係るPLC型復調用遅延回路は、前記第一のMZIの短い側のアーム導波路の光路長Ｌ１と、前記第二のMZIの短い側のアーム導波路の光路長Ｌ２が異なり、かつ、前記光分岐器から前記第一のMZIの短い側のアーム導波路を経て前記第一のMZIの出力端に至るまでの光路長と、前記光分岐器から前記第二のMZIの短い側のアーム導波路を経て第二のMZI側の出力端に至るまでの光路長とが等しいことを特徴とする。
この構成によれば、設計の自由度が高くなり、第一のMZIの短い側のアーム導波路と、第二のMZIの短い側のアーム導波路とを等しい光路長で形成する場合と比較して少ない交差でコンパクトな配置が可能になる。
本発明の他の態様に係るPLC型復調用遅延回路は、前記平面光波回路は、前記光分岐器で分岐され、前記第一及び第二のMZIの入力側カプラにそれぞれ接続された２つの導波路と、前記第一のMZIの出力側カプラから前記出力端に至るまでの第１及び第２光出力導波路と、前記第二のMZIの出力側カプラから前記出力端に至るまでの第３及び第４光出力導波路とを備え、前記第１乃至第４光出力導波路の光路長を等しくし、前記第一のMZIの短い側のアーム導波路の光路長Ｌ１を前記第二のMZIの短い側のアーム導波路の光路長Ｌ２よりも長くし、かつ、前記２つの導波路の一方の導波路を前記２つの導波路の他方の導波路よりもＬ１−Ｌ２だけ長くしたことを特徴とする。
この構成によれば、設計の自由度が高くなり、第一のMZIの短い側のアーム導波路と、第二のMZIの短い側のアーム導波路とを等しい光路長で形成する場合と比較して少ない交差でコンパクトな配置が可能になる。
本発明の他の態様に係るPLC型復調用遅延回路は、前記他方の導波路をＵターン形状の導波路とし、かつ、前記一方の導波路を、前記他方の導波路と前記第３及び第４光出力導波路とに交差させて配置したことを特徴とする。
この構成によれば、狭い領域で、一方の導波路と他方の導波路の適切な長さ調整が可能になる。
本発明の他の態様に係るPLC型復調用遅延回路は、前記第一のMZIの２つのアーム導波路の中央部及び前記第二のMZIの２つのアーム導波路の中央部が一直線に並ぶように配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、第一及び第二のMZIの伝搬方向が逆回りであっても、波長板を第一及び第二のMZIの各アーム導波路中央部に配置することが出来、同一の条件下で第一及び第二のMZIの偏波依存性の低減を図ることが可能となる。
本発明の他の態様に係るPLC型復調用遅延回路は、前記第一のMZIの２つのアーム導波路の中央部と、第二のMZIの２つのアーム導波路の中央部とに、四本のアーム導波路全てと交差するように、前記アーム導波路の屈折率主軸に対してその主軸が４５度傾いた第一の１／２波長板が挿入されていることを特徴とする。
この構成によれば、偏波乖離量PDfを低減することができる。
本発明の他の態様に係るPLC型復調用遅延回路は、前記第一のMZIの短い側のアーム導波路と前記第二のMZIの長い側のアーム導波路とが４回交差するように、前記第一のMZIの２つのアーム導波路と前記第二のMZIの２つのアーム導波路とが前記平面光波回路の同じ領域内に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、平面光波回路全体がコンパクトになる。特に、第一のMZIの２つのアーム導波路と第二のMZIの２つのアーム導波路を含む部分の面積が小さくなり、PLCチップの小型化を実現できる。
本発明の他の態様に係るPLC型復調用遅延回路は、前記第一のMZIの２つのアーム導波路は、前記第一の１／２波長板が設けられた部分で互いに平行に延びかつ近接し、かつ、前記第二のMZIの２つのアーム導波路は、前記第一の１／２波長板が設けられた部分で互いに平行に延びかつ近接していることを特徴とする。
この構成によれば、第一のMZIの２つのアーム導波路と交差する位置での第一の１／２波長板の偏波変換効率の位置依存性の影響、及び第二のMZIの２つのアーム導波路と交差する位置での第一の１／２波長板の偏波変換効率の位置依存性の影響をそれぞれ受けにくくすることができる。
本発明の他の態様に係るPLC型復調用遅延回路は、前記第一のMZIの２つのアーム導波路及び前記第二のMZIの２つのアーム導波路の四本のアーム導波路は前記第一の１／２波長板が設けられた部分で互いに平行に延びかつ近接していることを特徴とする。
この構成によれば、四本のアーム導波路は第一の１／２波長板が設けられた部分で互いに平行に延びかつ近接しているので、四本全てのアーム導波路が１／２波長板の狭い領域のみを通過することになるため、１／２波長板の偏波変換効率の位置依存性の影響を受けにくくなり、両方のMZIで良好な特性を実現しやすくなる。
本発明の他の態様に係るPLC型復調用遅延回路は、前記第一のMZIの短い側のアーム導波路と前記第二のMZIの長い側のアーム導波路とが前記第一の１／２波長板の両側２箇所で交差するように、前記第一のMZIの２つのアーム導波路と前記第二のMZIの２つのアーム導波路とが前記平面光波回路の同じ領域内に形成され、かつ、前記波長板挿入部分での前記四本のアーム導波路配置において、前記第一のMZIの２つのアーム導波路間に前記第二のMZIの２つのアーム導波路の一方が配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、最小限の交差部の数で、波長板挿入部分での四本のアーム導波路間ピッチを近づけることができる。
本発明の他の態様に係るPLC型復調用遅延回路は、前記第一及び第二のMZIの入力側カプラ及び出力側カプラはそれぞれ２入力×２出力型３ｄＢカプラであり、前記他方の導波路と前記一方の導波路は、前記入力側カプラの２つの入力端の同じ側にそれぞれ接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、第一のMZIの２つの出力端と第二のMZIの２つの出力端とに、同じ受光素子ペアからなるバランスドレシーバを使用可能になる。
本発明の他の態様に係るPLC型復調用遅延回路は、前記第一のMZIの２つのアーム導波路の中央部から出力側にずれた位置と、第二のMZIの２つのアーム導波路の中央部から出力側にずれた位置とに、前記アーム導波路の屈折率主軸に対してその主軸が平行もしくは水平な第二の１／２波長板が挿入されていることを特徴とする。
この構成によれば、カプラでの偏波変換が発生した場合でも、偏波変換光の干渉条件が偏波変換されない通常光の干渉条件と同一となるため、干渉回路の偏波依存性が発生しなくなる。
本発明の第二の態様は、一つのPLCチップ上に形成された光干渉計であって、光信号を２分岐する光分岐器と、分岐された前記光信号にそれぞれ所定の遅延を与えて干渉させる第一のMZI及び第二のMZIと、を備え、前記第一のMZIの２つのアーム導波路と前記第二のMZIの２つのアーム導波路とが前記平面光波回路の同じ領域内で重なるように形成され、かつ、前記第一のMZI及び第二のMZIの各光路は、前記光信号の伝搬方向が逆回りになるように配置されていることを特徴とするPLC型光干渉計である。
本発明によれば、種々の光出力導波路の配置に対して、PLCチップの小型化が可能になる。特に、２つのMZIからの出力光をバランスドレシーバに直接結合、またはレンズ等を用いてPLCチップに非常に近接して結合する場合、受光素子やレンズ等の部品サイズの制約などから、両MZIの出力端をPLCチップの同じ端面で任意の間隔で離すという要求を、PLCチップの小型化を図りつつ実現可能になる。
第一の実施形態に係るPLC型復調用遅延回路の概略構成を示す平面図。 DQPSK方式を用いた光伝送システムの概略構成を示すブロック図。 図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図。 図１のＹ−Ｙ線に沿った断面図。 PLC型復調用遅延回路のスペクトルを示すグラフ。 PLC型復調用遅延回路のPDfの波長依存性を示すグラフ。 比較例に係るPLC型復調用遅延回路の概略構成を示す平面図。 第二の実施形態に係るPLC型復調用遅延回路の概略構成を示す平面図。 第三の実施形態に係るPLC型復調用遅延回路の入力側および出力側カプラとして用いられるWINCの結合効率の波長特性計算値（実線）および比較としての通常の方向性結合器の結合効率の波長特性計算値（破線）を示す特性図。 （ａ）〜（ｃ）はWINCを用いた第三の実施形態の遅延復調デバイスの出力ポート１及び２の１５２０ｎｍ付近、１５７０ｎｍ付近、１６２０ｎｍ付近でのスペクトルをそれぞれ示す特性図。 （ａ）〜（ｃ）は通常の方向性結合器を用いた遅延復調デバイスの出力ポート１及び２の１５２０ｎｍ付近、１５７０ｎｍ付近、１６２０ｎｍ付近でのスペクトルをそれぞれ示す特性図。
本発明を具体化したPLC型復調用遅延回路の各実施形態を、図面に基づいて説明する。
なお、各実施形態の説明では、同様の部位には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
（第一の実施形態）
第一の実施形態に係るPLC型復調用遅延回路を、図１乃至図６に基づいて説明する。
図１に示すPLC型復調用遅延回路１は、一つのPLCチップ１Ｂ上にDQPSK変調された光信号（DQPSK信号）を復調させる石英系ガラスなどからなる平面光波回路１Ａが形成された平面光波回路型（PLC型）の遅延復調デバイスである。このPLC型復調用遅延回路（以下、遅延復調デバイスという。）１は、例えば、伝送速度が40GbpsのDQPSK方式を用いた図２に示す光伝送システムに使用される40GbpsDQPSK用遅延復調デバイスである。
なお、本明細書ではDQPSK変調方式の光伝送システムに用いる「遅延復調デバイス１（PLC型復調用遅延回路）」は、DQPSK信号を２分岐し、分岐したDQPSK信号を、それぞれ２つのMZIで１ビット遅延させて干渉させることで、強度変調信号の光（光強度信号）に変換し、変換された４つの光強度信号（ＩチャネルとＱチャネル）を２組のバランスドレシーバ５１，５２の４つの受光素子へ出力するデバイスを意味する。つまり、本明細書で言う「遅延復調デバイス１」は、バランスドレシーバを含まない、DQPSK変調方式の光伝送システムに用いる一つのPLCチップからなるDQPSK信号を復調させる光復調器である。
図２に示す光伝送システムでは、光送信器４０から光ファイバ伝送路５４に、２ビットのデータから構成される各シンボルの値（0,1,2,3）の４つの情報を、隣接する２つのシンボルの値の変化に応じて搬送波の位相（θ，θ＋π／2，θ＋π，θ＋3π／2）の位相情報に変調されたDQPSK信号が伝送される。つまりこのDQPSK信号には、１シンボル（タイムスロット）中の光の位相が、４つの値（1/4π、3π/4、5π/4、7π/4）のいずれかとなるように、２ビット分の意味を持たせている。したがって、光受信器５０では、隣接する２つのシンボル間の位相差（位相差０、π/2、π、3π/2のいずれか）を検出することにより、送信データを復調することができる。
光ファイバ伝送路５４から光受信器５０に送られてきたDQPSK信号は遅延復調デバイス１により４つの光強度信号に変換され、さらには、その光強度信号がバランスドレシーバ５１，５２により電気信号に変換される。受信電気回路５３では、復号化処理などがなされる。
遅延復調デバイス１からの出力光（４つの光強度信号）をバランスドレシーバ５１，５２の４つの受光素子に光結合するにあたっては、一般に４つの光強度信号間の相対的な遅延時間差は２ps（ピコ秒）以下程度が求められる。このため、光結合部の相対的な光路長差として400μm以下といった高精度が必要である。また、小型化も求められるため、光ファイバによる光結合に代わって、４つの光強度信号をバランスドレシーバ５１，５２の各受光素子に直接結合する方法、レンズを介した空間結合方法が取り入れられつつある。
その場合、２組の光強度信号の出力端の位置をそれぞれバランスドレシーバ５１，５２の受光位置に合わせる必要があるが、バランスドレシーバ５１，５２や、空間結合に用いるレンズ等の部品のサイズなどの制約から、出力端の位置をＬｍｍ以上離す必要がある。本実施形態の遅延復調デバイス１を用いた受信器では、２組の光強度信号の出力端の位置をＬｍｍ離す必要があるため、遅延復調デバイス１の２組の出力端の位置はＬｍｍ離れた位置に設定されている。
図１に示す遅延復調デバイス１は、DQPSK信号が入力される光入力導波路２と、光入力導波路２を分岐する光分岐器としてのＹ分岐導波路３と、Ｙ分岐導波路３により分岐されたDQPSK信号をそれぞれ１ビット遅延させて干渉させる第一のマッハツェンダー干渉計４及び第二のマッハツェンダー干渉計５と、を備えている。なお、以下の説明で、マッハツェンダー干渉計をMZIという。
第一のMZI４は、Ｙ分岐導波路３で分岐された２つの導波路１４，１５の一方（導波路１４）に接続された入力側カプラ６と、２つの光出力導波路２１，２２に２つの出力端がそれぞれ接続された出力側カプラ７と、両カプラ６，７間に接続された長さの異なる２つのアーム導波路８，９とを有する。同様に、第二のMZI５は、Ｙ分岐導波路３で分岐された２つの導波路の他方（導波路１５）に接続された入力側カプラ１０と、２つの光出力導波路２３，２４に２つの出力端が接続された出力側カプラ１１と、両カプラ１０，１１間に接続された長さの異なる２つのアーム導波路１２，１３とを有する。
入力側カプラ６，１０及び出力側カプラ７，１１は、それぞれ２入力×２出力型３ｄＢカプラ（５０％方向性結合器）である。入力側カプラ６の２つの入力端の一方（図１で左側の入力端）が、Ｙ分岐導波路３で分岐された２つの導波路１４，１５の一方の導波路１４に接続されている。第二のMZI５の入力側カプラ１０の２つの入力端の一方（図１で左側の入力端）が、Ｙ分岐導波路３で分岐された２つの導波路１４，１５の他方の導波路１５に接続されている。
なお、本実施形態では、一方の導波路１４は入力側カプラ６の左側の入力端に、他方の導波路１５も入力側カプラ１０の左側の入力端にそれぞれ接続されているが、導波路１４が入力側カプラ６の右側の入力端に、導波路１５も入力側カプラ１０の右側の入力端にそれぞれ接続されていても良い。このように、一方の導波路１４と他方の導波路１５とが、入力側カプラ６，１０の２つの入力端の同じ側にそれぞれ接続されていることが好ましい。その理由は、第一のMZI４の２つの出力端(出力ポートPout1,2)と第二のMZI５の２つの出力端(出力ポートPout3.4)とに、同じ受光素子ぺアからなる同じバランスドレシーバ５１，５２が使用可能になるからである。
また、第一のMZI４の出力側カプラ７の２つの出力端（スルーポートとクロスポート）は、第１光出力導波路２１，第２光出力導波路２２にそれぞれ接続されている。同様に、第二のMZI５の出力側カプラ１１の２つの出力端（スルーポートとクロスポート）は、第３光出力導波路２３，第４光出力導波路２４にそれぞれ接続されている。
また、第一のMZI４の２つのアーム導波路８，９には、その一方（長い側のアーム導波路８）を伝搬するDQPSK信号の位相をその他方（短い側のアーム導波路９）を伝搬するDQPSK信号の位相に対してシンボルレートの１ビット（1ビットのタイムスロット：１タイムスロット）に相当する遅延量（例えば、シンボルレートが４０Gbit/sの場合、Ｉチャネル、Ｑチャネルそれぞれのシンボルレートは半分の２０Gbit/sでよいので、２０ps(ピコ秒)の遅延量）だけ遅延させる光路長差ΔＬを持たせてある。同様に、第二のMZI５の２つのアーム導波路１２，１３には、その一方（長い側のアーム導波路１２）を伝搬するDQPSK信号の位相をその他方（短い側のアーム導波路１３）を伝搬するDQPSK信号の位相に対してシンボルレートの１ビットに相当する遅延量（例えば、シンボルレートが４０Gbit/sの場合、５０ps(ピコ秒)の遅延量）だけ遅延させる光路長差ΔＬを持たせてある。
また、２つのMZI４，５に、９０°位相がずれた干渉特性を持たせている。そのため、第一のMZI４の２つのアーム導波路８，９の光路長差は、上記１ビットに相当する遅延量に、光信号の位相で１/４πに相当する長さだけ長く設定されている。一方、第二のMZI５の２つのアーム導波路１２，１３の光路長差は、上記１ビットに相当する遅延量に、光信号の位相で１/４πに相当する長さだけ短く設定されている。
これにより、第一のMZI４で干渉する隣接するタイムスロットの光の位相と、第二のMZI５で干渉する隣接するタイムスロットの光の位相とが９０°ずれている。
本実施形態に係る遅延復調デバイス１の特徴は、次の構成にある。
第一のMZI４の２つのアーム導波路８，９と、第二のMZI５の２つのアーム導波路１２，１３とが、平面光波回路（PLC）１Ａ内において、同じ領域内で重なるように形成されている。つまり、第一のMZI４の第二のアーム導波路９と、第二のMZI５の第一のアーム導波路１２とが、平面光波回路（PLC）１Ａ内において、最外郭である第一のMZI４によって囲まれている領域内で重なるように形成されている。
なお、上記各交差点６２、６４では、２つのアーム導波路が交差し、２つのアーム導波路をそれぞれ伝搬する光（DQPSK信号）はその交差部分を通ってそのまま同じアーム導波路を伝搬する。各交差点６２、６４での交差角が略35°以上なら、交差損失が0.1dB以下なので、そのまま同じ導波路を伝搬しているとみなせる。
第一のMZI４及び第二のMZI５の各光路は、Ｙ分岐導波路３で２分岐されたDQPSK信号の伝搬方向が逆回りになるように配置されている。
本実施形態では、第一のMZI４の光路では、DQPSK信号が図１の実線矢印９１で示すようにPLCチップ１Ｂ内を右回りに伝搬し、第二のMZI５の光路では、DQPSK信号がPLCチップ１Ｂ内を図１の破線矢印９２で示すように左回りに伝搬するようになっている。なお、第一のMZI４の光路では、DQPSK信号がPLCチップ１Ｂ内を左回りに伝搬し、第二のMZI５の光路では、DQPSK信号がPLCチップ１Ｂ内を右回りに伝搬するような構成であっても良い。
また、遅延復調デバイス１の別の特徴は、第一のMZI４の短い側のアーム導波路９の光路長Ｌ１と、第二のMZI５の短い側のアーム導波路１３の光路長Ｌ２が互いに異なり、かつ、Ｙ分岐導波路３から第一のMZI４の短い側のアーム導波路９を経て第一のMZI４の出力端（光出力導波路２１，２２の出力ポート）に至るまでの光路長と、Ｙ分岐導波路３から第二のMZI５の短い側のアーム導波路１３を経て第二のMZI側５の出力端（光出力導波路２３，２４の出力ポート）に至るまでの光路長と、を全て略等しくしている点にある。
ここで、光信号が、Ｙ分岐導波路３から各MZI4,5の短い側のアーム導波路を経て４つの出力端（出力ポートPout1〜Pout4）に至るまでの４つの経路の各光路長は次の通りである。
Ｙ分岐導波路３から導波路１４、第一のMZI４の入力側カプラ６、短い側のアーム導波路９、出力側カプラ７、及び第１光出力導波路２１を経て出力ポート（出力端）Pout1に至るまでの光路長をＬ２１とする。
Ｙ分岐導波路３から導波路１４、第一のMZI４の入力側カプラ６、短い側のアーム導波路９、出力側カプラ７、及び第２光出力導波路２２を経て出力ポート（出力端）Pout2に至るまでの光路長をＬ２２とする。
Ｙ分岐導波路３から導波路１５、第二のMZI５の入力側カプラ１０、短い側のアーム導波路１３、出力側カプラ１１、及び第３光出力導波路２３を経て出力ポート（出力端）Pout3に至るまでの光路長をＬ２３とする。
そして、Ｙ分岐導波路３から導波路１５、第二のMZI５の入力側カプラ１０、短い側のアーム導波路１３、出力側カプラ１１、及び第４光出力導波路２４を経て出力ポート（出力端）Pout4に至るまでの光路長をＬ２4とする。
上記別の特徴は、換言すると、第一のMZI４の短い側のアーム導波路９の光路長Ｌ１と、第二のMZI５の短い側のアーム導波路１３の光路長Ｌ２が互いに異なり、かつ、上記４つの光路長Ｌ２１〜Ｌ２４をすべて等しくしている点にある。
本実施形態においては、上記別の特徴を実現するため、アーム導波路９の光路長Ｌ１をアーム導波路１３の光路長Ｌ２よりも長くし、第１乃至第４光出力導波路２１〜２４の光路長を全て等しくし、かつ、導波路１５を導波路１４よりもＬ１−Ｌ２だけ長く形成している。
この際、導波路１４をＵターン形状の導波路とし、かつ、導波路１５を、導波路１４と、第３及び第４光出力導波路２３，２４とに交差させて配置することで、導波路１４，１５を狭い領域で容易に長さ調整ができるようにしている。
ここで、導波路１４，１５について具体的に説明する。
光入力導波路２の入力端（入力ポートPin）は、平面視で長方形のPLCチップ１Ｂの長辺の一つ（上側の長辺）をなす端面１ｂに設けられている。この光入力導波路２は、入力ポートPinから、PLCチップ１Ｂの短辺の一つ（左側の短辺）をなす端面１ｃの近傍に沿って途中まで真っ直ぐに延び、Ｙ分岐導波路３の入力端に接続されている。
Ｙ分岐導波路３の一方の出力端に接続された導波路１４は、端面１ｃに沿って延びる直線導波路と、回転角度が略１８０°の曲げ導波路を有するＵターン形状の導波路であり、Ｙ分岐導波路３と入力側カプラ６を接続している。
一方、Ｙ分岐導波路３の他方の出力端に接続された導波路１５は、導波路１４の内側を通る回転角度が９０°に近い曲げ導波路と、導波路１４と第３及び第４光出力導波路２３，２４とに交差し、端面１ａに沿って延びる直線導波路と、回転角度が９０°に近い曲げ導波路とを有し、Ｙ分岐導波路３と入力側カプラ１０を接続している。
また、遅延復調デバイス１の別の特徴は、第一のMZI４の２つのアーム導波路８，９の中央部及び第二のMZI５の２つのアーム導波路１２，１３の中央部が一直線に並ぶように配置されている点にある。
また、遅延復調デバイス１では、第一のMZI４の短い側のアーム導波路９と第二のMZI５の長い側のアーム導波路１２とが４回交差するように、第一のMZI４の２つのアーム導波路８，９と第二のMZI５の２つのアーム導波路１２，１３とが平面光波回路１Ａの同じ領域内に形成されている。
つまり、図１に示すように、第一のMZI４のアーム導波路９と第二のMZI５のアーム導波路１２とは、交差点６１〜６４でそれぞれ交差する。
なお、上記各交差点６１〜６４では、２つのアーム導波路が交差し、２つのアーム導波路をそれぞれ伝搬する光（DQPSK信号）はその交差部分を通ってそのまま同じアーム導波路を伝搬する。例えば、交差点６１では、２つのアーム導波路９，１２が交差し、２つのアーム導波路９，１２をそれぞれ伝搬するDQPSK信号はその交差部分を通ってそのまま同じアーム導波路９，１２を伝搬する。
図１に示す平面光波回路１Ａは、石英系ガラスでそれぞれ構成された光入力導波路２、Ｙ分岐導波路３、第一，第二のMZI４，５、及び４つの光出力導波路２１〜２４などの導波路を含む回路である。この平面光波回路１Ａを有する遅延復調デバイス１は、具体的には、次のようにして作製される。
火炎堆積法により、図３に示すシリコン基板などのPLC基板３０上に、下部クラッド層及びコア層となるシリカ材料（SiO2系のガラス粒子）を堆積し、加熱してガラス膜を溶融透明化する。この後、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングで所望の導波路を形成し、再びFHD法により上部クラッドを形成する。図３では、PLC基板３０上に、下部クラッド層及び上部クラッド層からなるクラッド層３１が形成され、このクラッド層３１内にコア層としてアーム導波路１２，９が形成されている。PLC基板３０は、図１に示すように、長方形の平面形状を有している。PLC基板３０の平面形状は長方形に限らず、正方形や他の形状であっても良い。
本実施形態に係る遅延復調デバイス１では、第一のMZI４と第二のMZI５は、平面光波回路基板であるPLC基板３０上に、第一の１／２波長板４７の挿入部に関して（上記中心線６０に関して）略左右対称に形成されている。
また、この遅延復調デバイス１では、第一のMZI４の２つのアーム導波路８，９の中央部と、第二のMZI５の２つのアーム導波路１２，１３の中央部とに、偏波乖離量PDfを低減させるために、アーム導波路の屈折率主軸に対してその主軸が４５度傾いた第一の１／２波長板４７が挿入されている。
さらに、この遅延復調デバイス１では、第一のMZI４の２つのアーム導波路８，９の中央部（図１の中心線６０）から出力側に２００μｍ移動した位置と、第二のMZI５の２つのアーム導波路１２，１３の中央部から入力側に２００μｍ移動した位置とに、カプラでの偏波変換による偏波乖離量PDfの劣化を抑制するために、アーム導波路の屈折率主軸に対してその主軸が平行もしくは水平な第二の１／２波長板７０が挿入されている。
この第一及び第二の１／２波長板４７、７０を用いることで、ＷＯ２００８／０８４７０７に記載されているように、カプラでの偏波変換が発生した場合でも、偏波変換光の干渉条件が偏波変換されない通常光の干渉条件と同一となるため、干渉回路の偏波依存性が発生しなくなる。
図４に示すように、第一の１／２波長板４７を挿入するための溝４９及び第二の１／２波長板７０を挿入するための溝７１がクラッド層３１に形成されている。この溝４９及び溝７１は、１／２波長板４７、７０での反射による損失が起こらないように、８°程度傾斜した溝になっている。１／２波長板４７、７０が図４に示すように８°程度に傾けられて溝４９、７１内に配置される。なお、溝４９、７１は、基板面内で導波路に垂直とし、上下方向（基板の厚み方向）については８度傾けることにより、両方のＭＺＩの中心を通るようになっている。
また、この遅延復調デバイス１では、図1に示すように、第一のMZI４の２つのアーム導波路８，９の中央部は、互いに平行に延びかつ近接している。また、第二のMZI５の２つのアーム導波路１２，１３の中央部も、互いに平行に延びかつ近接している。
なお、アーム導波路８，９の中央部及びアーム導波路１２，１３の中央部にあっては、１／２波長板４７、７０が挿入される部分の導波路幅を、回折損失を抑制するためにそれぞれ太くしてある。
また、１／２波長板７０の配置位置は、図１に示すような１／２波長板４７の近くの位置に限らないが、１／２波長板４７が配置される各アーム導波路８，９，１２，１３の導波路幅を太くした部分に、１／２波長板７０を１／２波長板４７の近くに配置するのが好ましい。
遅延復調デバイス１のさらに別の特徴は、次の構成にある。
図1に示すように、２つの光出力導波路２１，２２の出力端（出力ポートPout1, Pout2）及び２つの光出力導波路２３，２４の出力端（出力ポーPout3, Pout4）は、PLCチップ１Ｂの同じ端面１ａに開口している。
第一のMZI４の２つの出力端（出力ポートPout1,2）と第二のMZIの２つの出力端（出力ポートPout3,4）とが、PLCチップ１Ｂの同じ端面１ａで、図１の中心線６０で示すMZIの中心に関して両側に配置されている。
また、第１光出力導波路２１と第３光出力導波路２３の間隔(出力ポートPout1,3の間隔)、および第２光出力導波路２２と第４光出力導波路２４の間隔(出力ポートPout2,4の間隔)はともにＬｍｍである。また、第１光出力導波路２１と第２光出力導波路２２の間隔(出力ポートPout1,2の間隔)，および第３光出力導波路２３と第４光出力導波路２４の間隔(出力ポートPout3,4の間隔)は共に例えば１２５μｍである。
一方、光入力導波路２の端部は、PLCチップ１Ｂの端面１ａに対向する端面１ｂに開口している。
また、この遅延復調デバイス１では、第一のMZI４の２つのアーム導波路８，９上、及び第二のMZI５の２つのアーム導波路１２，１３上に、ヒータがそれぞれ形成されている。
本実施形態では、一例として、アーム導波路８上には、その中央部の両側にヒータＡ，Ｃが形成され、アーム導波路９上には、その中央部の両側にヒータＢ，Ｄが形成されている。一方、アーム導波路１２上には、その中央部の両側にヒータＥ，Ｇが形成され、アーム導波路１３上には、その中央部の両側にヒータＦ，Ｈが形成されている。各ヒータＡ〜Ｈは、対応するアーム導波路の上方にあって、上部クラッド（図３のクラッド層３１）上にスパッタにより形成されたTa系の薄膜ヒータである。図３には、アーム導波路８，１２の上方にあって、クラッド層３１上に形成されたヒータＡ，Ｅを示してある。
また、この遅延復調デバイス１では、各光出力導波路２１，２２の出力端が、互いに位相がπだけずれた出力１，２（図５参照）の光強度信号（強度変調された光信号）をそれぞれ出力する第１，第２出力ポートPout1, Pout2になっている。一方、各光出力導波路２３，２４の出力端が、互いに位相がπだけずれた出力３，４（図５参照）の光強度信号をそれぞれ出力する第３，第４出力ポートPout3, Pout4になっている。
上記構成を有する遅延復調デバイス１では、第一のMZI４にあっては、光ファイバ伝送路５４から光受信器５０に送られるDQPSK信号（光信号）がＹ分岐導波路３で分岐され、その分岐されたDQPSK信号が長さの異なる２つのアーム導波路８，９を図１の実線矢印９１で示すように右回りに伝搬する。MZI４は、一方のアーム導波路８を伝搬するDQPSK信号の位相を他方のアーム導波路９を伝搬する光信号の位相に対してシンボルレートの１ビットに相当する遅延量＋1/4πだけ遅延させるようになっている。一方に、第二のMZI５にあっては、Ｙ分岐導波路３で分岐されたDQPSK信号がアーム導波路１２，１３を図１の破線矢印９２で示すように左回りに伝搬する。MZI５は、一方のアーム導波路１２を伝搬するDQPSK信号の位相を他方のアーム導波路１３を伝搬する光信号の位相に対してシンボルレートの１ビットに相当する遅延量−1/4πだけ遅延させるようになっている。
遅延復調デバイス１は、MZI４のヒータＡ乃至ヒータＤ、MZI５のヒータＥ乃至ヒータＨを駆動させて偏波乖離量PDfの調整や、２つのMZI４，５の位相差がπ/2になるような位相調整（位相トリミング）を行う。
[実施例]
図３に示すシリコン基板３０上に、石英系ガラスで構成される光入力導波路２、Ｙ分岐導波路３、MZI４，５、光出力導波路２１〜２４を含む平面光波回路（PLC）１Ａを、火炎堆積法（FHD法）、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングにより形成した40GbpsのDQPSK用の遅延復調デバイス１を作製した。さらに、ダイシングによって溝４９、７１（図４参照）を形成し、１／２波長板４７、７０を溝４９、７１に挿入した。
作製した遅延復調デバイス１では、クラッド層の屈折率とコア層の屈折率との差（比屈折率差Δ）を1.5％として、回路サイズ（PLCチップ１Ｂのサイズ）が１３ｍｍ×１７．５ｍｍと小型化を実現している。FSRは23GHzとした。２つのMZI４，５のいずれかのヒータを駆動させて偏波乖離量PDfを調整した。この調整後、２つのMZI４，５のいずれかのヒータを駆動させて、２つのMZI４．５の位相差がπ／２になるように、位相調整（位相トリミング）を行った。つまり、この位相調整により、２つのMZI４，５に、９０°位相がずれた干渉特性を持たせている。
この際、MZI４及びMZI５の両方で良好なPDf特性が得られるように、１／２波長板４７、７０を選定して使用した。
その後、DPPSK信号（光信号）が入力される光入力導波路２の端部（入力ポートPin）のあるPLCチップ１Ｂの端面１ｂに１つの光ファイバを有するファイバブロックを接続した。さらに、出力ポートPout1〜Pout4から出力される出力１〜出力４の出力光（４つの光強度信号）をバランスドレシーバ５１，５２の４つの受光素子に光結合するために、４つの光強度信号をバランスドレシーバ５１，５２の各受光素子に直接結合する方法、或いはレンズを介した空間結合方法を採用し、パッケージングを行った。また、温調機構には、ペルチェ素子とサーミスタを用いた。このようにして遅延復調デバイス１を含むモジュールを作製した。
作製した40GbpsのDQPSK用の遅延復調デバイス(DQPSK用のPLC型復調用遅延回路)１について、波長多重光通信に通常用いられるＣバンド(1520〜1570nm)波長帯域にて、挿入損失スペクトル、偏波乖離量PDfを評価した。1550nm付近のスペクトルを図５に、Cバンド全域のPDfを図６にそれぞれ示す。まず、図５より、良好な干渉スペクトルが得られていることが分かる。挿入損失は、Cバンド全域で6.6dB以下であった。また、図６より、PDfは0.2GHz以下と、Ｃバンド全域で良好な特性が得られていることが分かる。
図７は、比較例としてのPLC型復調用遅延回路２００の概略構成を示している。この比較例では、第一のMZI４および第二のMZI５の光路が共にPLCチップ１Ｂ内を右回りに伝搬するように配置している。
この比較例では、バランスドレシーバ５１，５２や、空間結合に用いるレンズ等の部品のサイズなどの制約から、両MZI４，５の出力端の位置（出力ポートPout1,2と出力ポートPout3,4の間隔）をＬｍｍ以上離すという要求を満たすために、出力端間隔の調整用導波路８０を設けている。この比較例のその他の構成は、図１に示す第１実施形態に係る遅延復調デバイス１と同様である。
図７に示す比較例では、出力端間隔の調整用導波路８０を設けているために、チップサイズ（PLCチップ１Ｂのサイズ）が１５ｍｍ×１７．５ｍｍとなり、図１に示す遅延復調デバイス１と比べてPLCチップ１Ｂのサイズが大きくなってしまうことが分かる。
以上の構成を有する第一の実施形態によれば、以下のような作用効果を奏する。
（１）第一のMZI４のアーム導波路８，９と、第二のMZI５のアーム導波路１２，１３とが、平面光波回路１Ａ内において、同じ領域内で重なるように形成されている。そして、第一のMZI４及び第二のMZI５の各光路は、Ｙ分岐導波路３で２分岐されたDQPSK信号の伝搬方向が逆回りになるように配置されている。
このような構成により、種々の光出力導波路の配置に対して、遅延復調デバイス１を小型に設計することが可能となる。特に、バランスドレシーバ５１，５２等の配置による制約から、第１及び第２光出力導波路２１，２２と、第３及び第４光出力導波路２３，２４との間隔がPLCチップの同じ端面で大きく離れていて、光出力導波路のピッチ変換のために、遅延復調デバイス１のチップサイズが増大してしまう場合に特に有効である。
（２）MZI４の出力端（出力ポートPout1,2）とMZI５の出力端（出力ポートPout3,4）を、PLCチップ１Ｂの同じ端面１ａで離れた位置、例えば、MZIの中心（中心線６０）に関して両側に配置することが、図７に示す比較例のように出力端間隔の調整用導波路８０を設けずに可能になる。このため、MZI４，５からの出力光をバランスドレシーバ５１，５２に直接結合、またはレンズ等を用いてPLCチップ１Ｂに非常に近接して結合する場合、受光素子やレンズ等の部品サイズの制約などから、MZI４，５の出力端を、PLCチップ１Ｂの同じ端面１ａでMZIの中心（中心線６０）に関して両側に任意の間隔で離すという要求を、PLCチップ１Ｂの小型化を図りつつ実現可能になる。
（３）第一のMZI４の短い側のアーム導波路９の光路長Ｌ１と、第二のMZI５の短い側のアーム導波路１３の光路長Ｌ２が互いに異なり、かつ、Ｙ分岐導波路３からMZI４の短い側のアーム導波路９を経てMZI４の出力端に至るまでの光路長と、Ｙ分岐導波路３からMZI５の短い側のアーム導波路１３を経てMZI側５の出力端に至るまでの光路長と、を全て略等しくしている。このため、設計の自由度が高くなり、アーム導波路９とアーム導波路１３を等しい光路長で形成する場合と比較して少ない交差でコンパクトな配置が可能になる。
（４）導波路１４をＵターン形状の導波路とし、導波路１５を導波路１４、第３光出力導波路２３及び第４光出力導波路２４とそれぞれ交差点６５乃至６７で交差させて配置しているので、狭い領域で導波路１４，１５の適切な長さ調整が可能になる。
（５）MZI４，５の各アーム導波路の中央部が一直線に並ぶように配置しているため、MZI４，５の伝搬方向が逆回りであっても、１枚の波長板４７をMZI４，５の各アーム導波路中央部に配置することが出来る。これにより、同一の条件下でMZI４，５の偏波依存性の低減を図ることが可能となる。
（６）MZI４，５の重なり方の一例として、MZI４の短い側のアーム導波路９とMZI５の長い側のアーム導波路１２とが４回交差するように、MZI４のアーム導波路８，９とMZI５のアーム導波路１２，１３とが平面光波回路１Ａの同じ領域内に形成されている。このような構成により、平面光波回路１Ａ全体がコンパクトになる。特に、MZI４のアーム導波路８，９とMZI５のアーム導波路１２，１３を含む部分の面積が小さくなり、PLCチップ１Ｂの小型化を実現できる。
（７）PLCチップ１Ｂの小型化を実現しているので、複屈折の原因となるPLCチップ１Ｂ面内の応力分布が低減され、環境温度変動による中心波長のシフトを極めて小さくすることができる。これにより、環境温度変動に対する波長シフトがほとんど無く、初期の偏波乖離量PDfを小さくした遅延復調デバイスが得られる。
（８）PLCチップ１Ｂが小型化されることで、遅延復調デバイス１を用いた遅延復調モジュールの小型化や低消費電力化も期待できる。
（９） MZI４，５は、PLC基板３０上に、左右対称に形成されているので、PLCチップ１Ｂの更なる小型化と偏波乖離量PDfの更なる低減とを図れる。
（１０）MZI４のアーム導波路８，９の中央部と、MZI５のアーム導波路１２，１３の中央部とに１／２波長板４７が挿入されているので、偏波乖離量PDfを低減することができる。
（１１）第一のMZI４のアーム導波路８，９は、第一の１／２波長板４７が設けられた部分で互いに平行に延びかつ近接し、かつ、第二のMZI５のアーム導波路１２，１３は、第一の１／２波長板４７が設けられた部分で互いに平行に延びかつ近接している。この構成により、MZI４のアーム導波路８，９と交差する位置での１／２波長板４７の偏波変換効率の位置依存性の影響、及びMZI５のアーム導波路１２，１３と交差する位置での１／２波長板４７の偏波変換効率の位置依存性の影響をそれぞれ受けにくくすることができる。
（１２）導波路１４，１５は、入力側カプラ６，１０の２つの入力端の同じ側にそれぞれ接続されている。この構成により、第一のMZI４の２つの出力端と第二のMZI５の２つの出力端とに、同じ受光素子ペアからなるバランスドレシーバ５１，５２を使用可能になる。
（１３）MZI４，５各々の２つのアーム導波路上に、ヒータＡ〜Ｈが形成されているので、２つのMZI４，５のいずれかのヒータを駆動させて偏波乖離量PDfを調整することができる。また、この調整後、MZI４，５のいずれかのヒータを駆動させて、MZI４，５の位相差がπ/2になるように、位相調整（位相トリミング）を行うことができる。
なお、上記第一の一実施形態では、交差点６１〜６７のある各交差部分で損失が発生するが、totalで〜0.1dB程度であり、決して大きい値ではない。
（第二の実施形態）
本発明を具体化した第二の実施形態に係る平面光波回路型の遅延復調デバイス１００を、図８に基づいて説明する。
第二の実施形態に係る遅延復調デバイス１００の一つの特徴は、第一のMZI４のアーム導波路８，９の中央部及び第二のMZI５のアーム導波路１２，１３の中央部に、四本のアーム導波路８，９，１２，１３全てと交差するように設置された第一の１／２波長板４７を有し、四本のアーム導波路８，９，１２，１３は１／２波長板４７が設けられた部分で互いに平行に延びかつ近接している点にある。
同様に、MZI４のアーム導波路８，９及びMZI５のアーム導波路１２，１３に、四本のアーム導波路８，９，１２，１３全てと交差するように設置された第二の１／２波長板７０を有し、四本のアーム導波路８，９，１２，１３は１／２波長板７０が設けられた部分で互いに平行に延びかつ近接している。
遅延復調デバイス１００の別の特徴は、次の構成にある。
第一のMZI４の短い側のアーム導波路９と第二のMZI５の長い側のアーム導波路１２とが第一の１／２波長板４７の両側２箇所（交差点６２，６４の２箇所）で交差するように、MZI４のアーム導波路８，９とMZI５のアーム導波路１２，１３とが平面光波回路１Ａの同じ領域内に形成されている。そして、１／２波長板４７の挿入部分での四本のアーム導波路配置において、MZI４の２つのアーム導波路８，９間にMZI５の２つのアーム導波路１２，１３の一方が配置されている。
本実施形態では一例として、波長板挿入部分での導波路配置を、MZI４の長い側のアーム導波路８、MZI５の長い側のアーム導波路１２、MZI４の短い側のアーム導波路９、及びMZI５の短い側のアーム導波路１３の順というように、一方のMZIのアーム間に他方のMZIのアームを配置している。
また、本実施形態例にかかる遅延復調デバイス１では、波長板挿入部分の四本のアーム導波路８，９，１２，１３の間隔をそれぞれ４０μmとし、長さ２ｍｍの１／２波長板４７、７０を挿入した。
その結果、偏波変換効率の位置依存性がある波長板４７、７０を用いても偏波変換効率の位置依存性の影響を受けにくくなり、第一実施形態にかかる遅延復調デバイス１では２つのマッハツェンダー干渉計４，５で同時に良好なPDFが得られなかった波長板４７，７０を用いても、その良好な特性の部分のみを使用することで、遅延復調デバイス１と同様に０．２GHｚ以下の良好なPDFを得ることができた。
第二の実施形態に係る遅延復調デバイス１００によれば、上記第一の実施形態の奏する作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
（１）四本のアーム導波路８，９，１２，１３は１／２波長板４７，７０が設けられた部分で互いに平行に延びかつ近接しているので、四本全てのアーム導波路が１／２波長板４７，７０の狭い領域のみを通過することになるため、１／２波長板４７，７０の偏波変換効率の位置依存性の影響を受けにくくなり、両方のMZI４，５で良好な特性を実現しやすくなる。
その結果、偏波変換効率の位置依存性がある１／２波長板４７、７０を用いても偏波変換効率の位置依存性の影響を受けにくくなる。これにより、第一の実施形態に係る遅延復調デバイス１では２つのMZI４，５で同時に良好なPDFが得られなかった１／２波長板４７，７０を用いても、その良好な特性の部分（狭い領域）のみを使用することで、遅延復調デバイス１と同様に０．２GHｚ以下の良好なPDFを得ることができた。
（２）MZI４の短い側のアーム導波路９とMZI５の長い側のアーム導波路１２とが１／２波長板４７の両側２箇所で交差するように、MZI４のアーム導波路８，９とMZI５のアーム導波路１２，１３とが平面光波回路１Ａの同じ領域内に形成されている。そして、１／２波長板４７の挿入部分での四本のアーム導波路配置において、MZI４の２つのアーム導波路８，９間にMZI５の２つのアーム導波路１２，１３の一方が配置されている。このような配置により、最小限の交差部の数で、波長板挿入部分での四本のアーム導波路間ピッチを近づけることができる。
（第三の実施形態）
本発明を具体化した第三の実施形態に係る平面光波回路型の遅延復調デバイスについて、図１および図９〜図１１に基づいて説明する。
本実施形態に係る遅延復調デバイスは、第一の実施形態に係る遅延復調デバイスの入力側カプラ６，１０および出力側カプラ７，１１を波長無依存カプラ（Wavelength INsensitive Coupleer; WINC）と置き換えたことに特徴がある。なお、それ例外の構成は第一の実施形態と同一である。
前記WINCは、結合率が約５０％、約１００％の方向性結合器と、それらを結ぶ光路長差が約0.35umの２本のアーム導波路から成るマッハツェンダー干渉計で構成されており、通常の方向性結合器と比較して結合効率の波長依存性が低減されている。
図９には前記WINCの結合効率の波長特性計算値が実線で示されている。また、比較として通常の方向性結合器の結合効率の波長特性計算値が破線で示されている。この図９から分かるように、WINC（実線）においては、Cバンド〜Lバンド（約１５２０ｎｍ〜約１６２０ｎｍ）の全域において、略５０％の結合効率となっており、通常の方向性結合器（破線参照）と比較して大幅に波長特性が平坦化されている。
図１０の（ａ）（ｂ）（ｃ）にはそれぞれ、前記WINCを用いた本実施形態の遅延復調デバイスの出力ポート１及び２（Pout1およびPout2）の１５２０ｎｍ付近、１５７０ｎｍ付近、１６２０ｎｍ付近でのスペクトルが示されている。また、比較として、通常の方向性結合器を用いた遅延復調デバイスの出力１及び２（Pout1およびPout2）の１５２０ｎｍ付近、１５７０ｎｍ付近、１６２０ｎｍ付近でのスペクトルが図１１の（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示されている。図１１から分かるように、通常の方向性結合器を用いた場合には、結合率が約５０％となる１５７０ｎｍ付近から波長が離れるに従って出力１（ＭＺＩ１のスルーポート）の消光比（透過率の最大値−最小値の差）が大きく劣化する。これは、一般に、ＭＺＩ回路の消光比が、カプラの結合率が５０％のときに最大となり、５０％からずれるにつれて劣化するためである。これに対し、図１０に示されるWINCを用いた場合（本実施形態の場合）には、いずれの波長帯域においても１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍ広帯域に渡って２０ｄＢ以上の高い消光比が得られているのが分かる。
なお、図１０および図１１には出力１及び２（Pout1およびPout2）のみが示されているが、出力３及び４（Pout3およびPout4）についても同様の消光比が得られていた。また、偏波乖離量PDfは、C，Lバンド全域で0.2GHz以下と良好な特性が得られ、WINCを用いることによる劣化は見られなかった。また、挿入損失は、C，Lバンド全域で6.7dB以下であり、WINCを用いること及び評価波長帯域を拡大したことによる損失増加は0.2dB程度に抑えられていた。以上の結果から、入力側カプラ６，１０および出力側カプラ７，１１としてWINCを適用することにより、使用波長帯域を拡大できることが確認できた。
なお、上記各実施形態では、アーム導波路９の光路長Ｌ１をアーム導波路１３の光路長Ｌ２よりも長くし、第１乃至第４光出力導波路２１〜２４の光路長を全て等しくし、かつ、導波路１５を導波路１４よりもＬ１−Ｌ２だけ長く形成している。本発明はこのような構成に限定されない。つまり、アーム導波路９の光路長Ｌ１をアーム導波路１３の光路長Ｌ２よりも長くし、かつ、導波路１５と第３及び第４光出力導波路２３，２４との各光路長の和を、導波路１４と第１及び第２光出力導波路２１，２２との各光路長の和よりもＬ１−Ｌ２だけ長くした遅延復調デバイスにも本発明は適用可能である。
上記各実施形態では、光分岐器としてY分岐導波路を使用したが、入力光を略等分できるカプラであればこれに限ることなく、例えば方向性結合器、マルチモード干渉計カプラなど種々のカプラを使用することができるが、広帯域で同様の分岐比が得られるものが好適である。
上記各実施形態において、第一のMZI４の光路では、DQPSK信号がPLCチップ１Ｂ内を左回りに伝搬し、第二のMZI５の光路では、DQPSK信号がPLCチップ１Ｂ内を右回りに伝搬するような構成にする場合、光入力導波路２の入力端（入力ポートPin）がPLCチップ１Ｂの端面１ｂの右側端部近傍に位置するように、PLC１Ａ全体を左右反転させた構成にすれば良い。
上記各実施形態では、PLC型復調用遅延回路について記載したが、これに限ることなく、光分岐器と複数のマッハツェンダー干渉計からなる光干渉計であれば本発明は適用可能である。
具体的には本発明は、DQPSK信号を復調させる光復調器であるPLC型復調用遅延回路に限らず、以下の構成を有するPLC型光干渉計にも適用可能である。
一つのPLCチップ上に形成された光干渉計であって、
光信号を２分岐する光分岐器と、
分岐された前記光信号にそれぞれ所定の遅延を与えて干渉させる第一のMZI及び第二のMZIと、を備え、
前記第一のMZIの２つのアーム導波路と前記第二のMZIの２つのアーム導波路とが前記平面光波回路の同じ領域内で重なるように形成され、かつ、前記第一のMZI及び第二のMZIの各光路は、前記光信号の伝搬方向が逆回りになるように配置されていることを特徴とするPLC型光干渉計。
このようなPLC型光干渉計によれば、種々の光出力導波路の配置に対して、PLCチップの小型化が可能になる。特に、２つのMZIからの出力光をバランスドレシーバに直接結合、またはレンズ等を用いてPLCチップに非常に近接して結合する場合、受光素子やレンズ等の部品サイズの制約などから、両MZIの出力端をPLCチップの同じ端面で任意の間隔で離すという要求を、PLCチップの小型化を図りつつ実現可能になる。
１，１００…PLC型復調用遅延回路（遅延復調デバイス）
１ａ…端面
１Ａ…平面光波回路
１Ｂ…PLCチップ
２…光入力導波路
３…Ｙ分岐導波路（光分岐器）
４…第一のMZI
５…第二のMZI
６，１０…入力側カプラ
７，１１…出力側カプラ
８，９，１２，１３…アーム導波路
１４，１５…Ｙ分岐導波路で分岐された導波路
２１，２２，２３，２４…光出力導波路
３０…PLC基板
３１…クラッド層
４７，７０…１／２波長板
６１〜６４…交差点
Ａ〜Ｈ…ヒータ
Pin…入力ポート
Pout1〜Pout4…出力ポート

Claims (16)

  1. 一つのPLCチップ上に、DQPSK変調された光信号を復調させる平面光波回路が形成されたPLC型復調用遅延回路であって、
    DQPSK変調された光信号を２分岐する光分岐器と、
    分岐された前記光信号をそれぞれ１ビット遅延させて干渉させる第一のMZI及び第二のMZIと、
    を備え、
    前記第一のMZIの２つのアーム導波路と前記第二のMZIの２つのアーム導波路とが前記平面光波回路の同じ領域内で重なるように形成され、
    前記第一のMZI及び第二のMZIの各光路は、前記光信号の伝搬方向が逆回りになるように配置されていることを特徴とするPLC型復調用遅延回路。
  2. 前記第一のMZIの２つの出力端と前記第二のMZIの２つの出力端とが、前記PLCチップの同じ端面で前記MZIの中心に関して両側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のPLC型復調用遅延回路。
  3. 前記第一のMZIの短い側のアーム導波路の光路長Ｌ１と、前記第二のMZIの短い側のアーム導波路の光路長Ｌ２が異なり、前記光分岐器から前記第一のMZIの短い側のアーム導波路を経て前記第一のMZIの出力端に至るまでの光路長と、前記光分岐器から前記第二のMZIの短い側のアーム導波路を経て第二のMZI側の出力端に至るまでの光路長とが等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載のPLC型復調用遅延回路。
  4. 前記平面光波回路は、前記光分岐器で分岐され、前記第一及び第二のMZIの入力側カプラにそれぞれ接続された２つの導波路と、前記第一のMZIの出力側カプラから前記出力端に至るまでの第１及び第２光出力導波路と、前記第二のMZIの出力側カプラから前記出力端に至るまでの第３及び第４光出力導波路とを備え、
    前記第１乃至第４光出力導波路の光路長を等しくし、前記第一のMZIの短い側のアーム導波路の光路長Ｌ１を前記第二のMZIの短い側のアーム導波路の光路長Ｌ２よりも長くし、前記２つの導波路の一方の導波路を前記２つの導波路の他方の導波路よりもＬ１−Ｌ２だけ長くしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のPLC型復調用遅延回路。
  5. 前記他方の導波路をＵターン形状の導波路とし、
    前記一方の導波路を、前記他方の導波路と前記第３及び第４光出力導波路とに交差させて配置したことを特徴とする請求項４に記載のPLC型復調用遅延回路。
  6. 前記第一のMZIの２つのアーム導波路の中央部及び前記第二のMZIの２つのアーム導波路の中央部が一直線に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のPLC型復調用遅延回路。
  7. 前記第一のMZIの２つのアーム導波路の中央部と、第二のMZIの２つのアーム導波路の中央部とに、四本のアーム導波路全てと交差するように、前記アーム導波路の屈折率主軸に対してその主軸が４５度傾いた第一の１／２波長板が挿入されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載のPLC型復調用遅延回路。
  8. 前記第一のMZIの短い側のアーム導波路と前記第二のMZIの長い側のアーム導波路とが４回交差するように、前記第一のMZIの２つのアーム導波路と前記第二のMZIの２つのアーム導波路とが前記平面光波回路の同じ領域内に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載のPLC型復調用遅延回路。
  9. 前記第一のMZIの２つのアーム導波路は、前記第一の１／２波長板が設けられた部分で互いに平行に延びかつ近接し、
    前記第二のMZIの２つのアーム導波路は、前記第一の１／２波長板が設けられた部分で互いに平行に延びかつ近接していることを特徴とする請求項７又は８に記載のPLC型復調用遅延回路。
  10. 前記第一のMZIの２つのアーム導波路及び前記第二のMZIの２つのアーム導波路の四本のアーム導波路は前記第一の１／２波長板が設けられた部分で互いに平行に延びかつ近接していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載のPLC型復調用遅延回路。
  11. 前記第一のMZIの短い側のアーム導波路と前記第二のMZIの長い側のアーム導波路とが前記第一の１／２波長板の両側２箇所で交差するように、前記第一のMZIの２つのアーム導波路と前記第二のMZIの２つのアーム導波路とが前記平面光波回路の同じ領域内に形成され、前記波長板挿入部分での前記四本のアーム導波路配置において、前記第一のMZIの２つのアーム導波路間に前記第二のMZIの２つのアーム導波路の一方が配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のPLC型復調用遅延回路。
  12. 前記第一及び第二のMZIの入力側カプラ及び出力側カプラはそれぞれ２入力×２出力型３ｄＢカプラであり、
    前記他方の導波路と前記一方の導波路は、前記入力側カプラの２つの入力端の同じ側にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか一つに記載のPLC型復調用遅延回路。
  13. 前記第一及び第二のMZIの入力側カプラ及び出力側カプラはそれぞれ波長無依存カプラであることを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか一つに記載のPLC型復調用遅延回路。
  14. 前記第一のMZIの２つのアーム導波路の中央部から出力側にずれた位置と、第二のMZIの２つのアーム導波路の中央部から入力側にずれた位置とに、前記アーム導波路の屈折率主軸に対してその主軸が平行もしくは水平な第二の１／２波長板が挿入されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一つに記載のPLC型復調用遅延回路。
  15. 一つのPLCチップ上に形成された光干渉計であって、
    光信号を２分岐する光分岐器と、
    分岐された前記光信号にそれぞれ所定の遅延を与えて干渉させる第一のMZI及び第二のMZIと、
    を備え、
    前記第一のMZIの２つのアーム導波路と前記第二のMZIの２つのアーム導波路とが前記平面光波回路の同じ領域内で重なるように形成され、前記第一のMZI及び第二のMZIの各光路は、前記光信号の伝搬方向が逆回りになるように配置されていることを特徴とするPLC型光干渉計。
  16. DQPSK変調された光信号を受けて４つの光強度信号を出力する請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載のPLC型復調用遅延回路と、
    前記PLC型復調用遅延回路から出力される４つの光強度信号を受けてこれらを電気信号へ変換するバランスドレシーバと、
    前記バランスドレシーバから出力される電気信号を受信して復号化する電気回路と、
    を備えることを特徴とする光受信器。
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