WO2010027042A1

WO2010027042A1 - 光素子

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Publication number: WO2010027042A1
Application number: PCT/JP2009/065465
Authority: WO
Inventors: 勝仁牟禮; 宮地　正英; 徳一宮崎; 利夫片岡; 日隈　薫
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2010-03-11
Anticipated expiration: 2011-03-05
Also published as: JP2010060986A; JP4544542B2

Abstract

　１ビット遅延干渉計の相対的遅延をより正確に制御可能な光素子を提供することを目的とする。　１ビット遅延干渉計１と、該１ビット遅延干渉計から出力される干渉光であるコンストラクティブ光ｂとディストラクティブ光ｃについて、各々その一部を分岐する分岐手段５，６と、該分岐手段で分岐されたコンストラクティブ光及びディストラクティブ光に係る各分岐光を干渉させる第２干渉手段７と、該第２干渉手段の出力光の強度を検出する光検出手段８とを有することを特徴とする光素子である。

Description

光素子

　本発明は、光素子に関し、特に、１ビット遅延干渉計内の相対的遅延を検出する光素子に関する。

　従来、光通信分野において、大量のデータを長距離伝送するため、差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ，Differential Phase Shift Keying）や差動四相位相偏移変調方式（ＤＱＰＳＫ，Differential Quadrature Phase Shift keying）が利用されている。

　これらＤＰＳＫやＤＱＰＳＫの位相変調光から元データを復調するのに、１ビット遅延干渉計が利用されている。１ビット遅延干渉計では、特許文献１に示すように、位相変調光を２つの信号光に分け、両者間に１ビット分の遅延を発生させた後、２つの信号光を合波するものであり、この合波を光カプラーの構成を採用することで、相補的関係となる干渉光（コンストラクティブ光とディストラクティブ光）とが出射される。干渉光のいずれか一方を受光素子に入射したり、両者を、デュアルバランス型の受光素子に入射することで、電気信号として送信データが復調される。

　ＤＰＳＫやＤＱＰＳＫの位相変調光を精度良く受信するには、１ビット遅延干渉計において相対的遅延量を正確に制御することが必要となる。従来の相対的遅延の制御方法としては、特許文献２に示すように、受光素子の検出信号から干渉光の平均光強度を測定し、この値を基に１ビット遅延干渉計の相対的遅延量を制御している。

特開昭６３－５２５３０号公報特開２００５－８０３０４号公報特開２００４－２３５３７号公報

　しかしながら、平均光強度は、データ信号のマーク率（１，０信号の発生頻度）の影響を受けるため、これを基に１ビット遅延干渉計の相対的遅延を制御することは適当ではない。また、受光信号の高周波成分をモニターすることによって、そのパワーの大小からバイアスを制御する方法もあるが、その場合受光素子も含め高価な部品を使う必要があり、システムのコストが大幅に増大するため現実的ではない。さらに、受光素子の出力信号の一部を電気回路的に分岐して利用する場合には、分岐した影響による所望の信号の劣化の問題も生じる。

　本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、１ビット遅延干渉計の相対的遅延をより正確に制御可能な光素子を提供することである。

　請求項１に係る発明は、１ビット遅延干渉計と、該１ビット遅延干渉計から出力される干渉光であるコンストラクティブ光とディストラクティブ光について、各々その一部を分岐する分岐手段と、該分岐手段で分岐されたコンストラクティブ光及びディストラクティブ光に係る各分岐光を干渉させる第２干渉手段と、該第２干渉手段の出力光の強度を検出する光検出手段とを有することを特徴とする光素子である。

　請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光素子において、該光検出手段の検出信号に基づき、該１ビット遅延干渉計の相対的遅延を制御する制御手段を有すること特徴とする。

　請求項３に係る発明は、請求項２に記載の光素子において、該制御手段は、該第２干渉手段の出力光の強度が最大もしくは最小となるように、該相対的遅延を制御することを特徴とする。

　請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光素子において、コンストラクティブ光又はディストラクティブ光の少なくとも一方の分岐光について、該分岐手段から該第２干渉手段との間に分岐光の位相を調整する位相調整手段が配置されていることを特徴とする。

　請求項５に係る発明は、請求項４に記載の光素子において、該位相調整手段は位相変調器を備え、該位相変調器に低周波信号を入力し、該低周波信号に応じた位相変調された分岐光を、該第２干渉手段に導入し、該第２干渉手段の出力光の強度を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出信号のうち、該低周波信号の周波数の整数倍の成分のみ抽出し、抽出した信号成分の大きさが最小もしくは最大となるように該１ビット遅延干渉計の相対的遅延を制御する制御手段を有すること特徴とする。

　請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光素子において、コンストラクティブ光及びディストラクティブ光に係る各分岐手段と、該第２干渉手段とは同一基板上に形成されていることを特徴とする。

　請求項１に係る発明により、１ビット遅延干渉計から出力される干渉光であるコンストラクティブ光とディストラクティブ光とを合成する光波である、第２干渉手段から得られる出力光を用いるため、信号光に含まれる信号データの影響を受けない出力光を得ることができ、データ信号のマーク率に左右されずより正確な相対的遅延量を把握することが可能となる。

　請求項２に係る発明により、光検出手段の検出信号に基づき、１ビット遅延干渉計の相対的遅延を制御する制御手段を有するため、データ信号のマーク率などの影響を受けずより正確な相対的遅延の制御が可能となる。

　請求項３に係る発明により、制御手段は、第２干渉手段の出力光の強度が最大もしくは最小となるように、相対的遅延を制御するため、相対的遅延を１ビット分により正確に調整することが可能となる。

　請求項４に係る発明により、コンストラクティブ光又はディストラクティブ光の少なくとも一方の分岐光について、分岐手段から第２干渉手段との間に分岐光の位相を調整する位相調整手段が配置されているため、コンストラクティブ光とディストラクティブ光との相対的な位相差を適正な状態に調整できる。特に、ファイバーなどで干渉計を構成する場合には、外乱の影響を受けやすく、このような位相差の調整が必要となる。

　請求項５に係る発明により、位相調整手段は位相変調器を備え、該位相変調器に低周波信号を入力し、該低周波信号に応じた位相変調された分岐光を、第２干渉手段に導入し、該第２干渉手段の出力光の強度を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出信号のうち、該低周波信号の周波数の整数倍の成分のみ抽出し、抽出した信号成分の大きさが最小もしくは最大となるように１ビット遅延干渉計の相対的遅延を制御する制御手段を有するため、１ビット遅延干渉計の位相差を最適に制御することが可能となる。しかも、低周波信号に応じた位相変調を受ける光波が分岐光であるため、コンストラクティブ光やディストラクティブ光などの信号光に影響を及ぼすこともない。

　請求項６に係る発明により、コンストラクティブ光及びディストラクティブ光に係る各分岐手段と、第２干渉手段とは同一基板上に形成されているため、コンストラクティブ光やディストラクティブ光に係る光路を、より正確に設定することが可能となると共に、部品点数の削減並びに組み立てや光学調整などの製造工程の簡略化などが可能となる。さらに、１ビット遅延干渉計も同一基板上に形成することで、より一層の改善を図ることも可能となる。

本発明に係る光素子を説明する概略図である。分岐手段及び第２干渉手段を同一基板上に構成する状態を説明する図である。

　以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
　本発明は、図１に示すように、１ビット遅延干渉計１と、該１ビット遅延干渉計から出力される干渉光であるコンストラクティブ光ｂとディストラクティブ光ｃについて、各々その一部を分岐する分岐手段５，６と、該分岐手段で分岐されたコンストラクティブ光及びディストラクティブ光に係る各分岐光を干渉させる第２干渉手段７と、該第２干渉手段の出力光の強度を検出する光検出手段８とを有することを特徴とする光素子である。なお、光素子から出射されるコンストラクティブ光Ｂとディストラクティブ光Ｃは、デュアルバランス型の受光素子９，１０に入射することで、電気信号として出力される。

　図１に示すような１ビット遅延干渉計１から出力されるコンストラクティブ光ｂとディストラクティブ光ｃとは、互いに相補的な関係にあり、両者を合成することにより、データ信号に影響されない、常に一定の光波を得ることが可能となる。従って、１ビット遅延干渉計１内でコンストラクティブ光及びディストラクティブ光とが発生する箇所から、第２干渉手段のコンストラクティブ光とディストラクティブ光とを合波する地点までの光学的距離を、両者で同じとなるように設定することが不可欠となる。

　本発明の光素子では、さらに、光検出手段８により検出した信号を利用し、１ビット遅延干渉計の相対的遅延に係る制御を行っている。
　１ビット遅延干渉計は、図１に示すように、光導波路２と遅延導波路３から構成される。例えば、図１においては、光導波路２と遅延導波路３とが２箇所で光カプラーを形成し、入射する変調光Ａに対し、最初の光カプラー形成位置で、変調光が光導波路Ａと遅延導波路３とに分けられ、次の光カプラー形成位置で両者を伝搬する光波が合成される。遅延導波路３では、光導波路２を伝搬する光はより１ビット分の相対的遅延量を確保するため、遅延導波路３の光路長が設定されている。１ビット遅延干渉計は図１のものに限定されず、例えば、特許文献１に示されるような、ビームスプリッターや光カプラー等を用いる空間光学系による構成もある。

　光導波路２又は遅延導波路３のいずれか一方には、光路長を調整するための遅延量調整手段４が設けられている。遅延量調整手段４としては、種々の位相シフターが利用可能であるが、例えば、１ビット遅延干渉計が電気光学効果を有する基板で形成される場合には、光導波路に沿った電極で構成される位相変調器とすることも可能である。また、特許文献３に示されるように、平面光導波路部（ＰＬＣ部）に加える温度を制御することにより光導波路の光路長を変化させるものなども利用可能である。

　相対的遅延の制御は、制御手段１１によって実行され、具体的には、光検出手段８が受光する第２干渉手段７の出力光の光強度が最大となるように、前記の遅延量調整手段４を制御する。つまり、１ビット遅延干渉計の相対的遅延量が正確に１ビット分を維持している場合には、コンストラクティブ光ｂとディストラクティブ光ｃとの合成光は常に最大輝度となっているはずである。そして、この状態は、第２干渉手段の出力光を検出することで、容易に確認することができる。なお、コンストラクティブ光とディストラクティブ光とが合成した際に合成光が消光するよう作用する場合には、合成光が最小となるように、１ビット遅延干渉計の遅延量調整手段を制御することとなる。

　次に、図２に示すように、コンストラクティブ光又はディストラクティブ光の少なくとも一方の分岐光について、分岐手段５，６から第２干渉手段７との間に分岐光の位相を調整する位相調整手段３０が配置されている実施例について説明する。

　位相調整手段３０は、上述したように、１ビット遅延干渉計１内でコンストラクティブ光及びディストラクティブ光とが発生する箇所から、第２干渉手段のコンストラクティブ光とディストラクティブ光とを合波する地点までの光学的距離を、両者で同じとなるように調整する役割を担うことが可能である。

　また、位相調整手段３０の他の役割としては、１ビット遅延干渉計の位相差を最適に制御するために利用される。具体的には、位相調整手段に位相変調器を組み込み、該位相変調器に低周波信号であるディザー信号を印加する。該ディザー信号に応じて位相変調された分岐光を、第２干渉手段に導入し、該第２干渉手段の出力光の強度を光検出手段で検出する。該光検出手段の検出信号のうち、該ディザー信号（低周波信号）の周波数の整数倍の成分のみ抽出・モニターし、抽出した信号成分の大きさが最小もしくは最大となるように、制御手段１１で１ビット遅延干渉計の相対的遅延を制御する。これにより、１ビット遅延干渉計の位相差を、外乱の影響に関係なく最適に制御することが可能となる。また、低周波信号に応じた位相変調を受ける光波が分岐光であるため、コンストラクティブ光やディストラクティブ光などの信号光の劣化も発生しない。

　位相変調手段としては、遅延量調整手段４と同様に位相を変化させるものであるなら、種々の手段が採用可能であるが、図２に示すように、光導波路２３を電気光学効果を有する基板上に形成する場合には、光導波路２３に沿った電極から構成される位相変調器などが好適に利用でき、しかも、上述のようなディザー信号を位相変調器に印加することで、ディザー信号に対応した位相変調を容易に得ることもできる。

　本発明の光素子の特徴である、図１に示す分岐手段５，６や第２干渉手段７を含む光学系は、ビームスプリッターや光ファイバーを利用した光カプラーなどを利用して、空間光学系として構成することが可能である。例えば、分岐手段５，６や第２干渉手段７として光カプラーを利用し、１ビット遅延干渉計や該光カプラーを光ファイバーで接続することにより、図１に示す光学系を簡単に構成できる。

　他方、図２に示すように、分岐手段５，６と第２干渉手段７とを同一基板２０上に形成することも可能である。このような基板としては、光導波路素子で多用されている、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料などの電気光学的効果を有する基板を利用することが可能である。光導波路のみを形成する場合には、特に電気光学効果を有する材料を利用する必要はないが、位相調整手段３０として位相変調器を利用する場合には、電気光学効果を有する材料が好ましい。また、基板上の光導波路は、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させることにより形成することができる。さらに、位相変調器を構成する変調電極や接地電極などは、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ_２等のバッファ層を設け、電極による光波の吸収や散乱を抑制することも可能である。

　図２において、基板２０上には、コンストラクティブ光が入力される光導波路２１、該光導波路２１を２つの光導波路２２，２３に分岐する分岐手段５、ディストラクティブ光が入力される光導波路２４、該光導波路２４を２つの光導波路２５，２６に分岐する分岐手段６、さらに、２つの分岐導波路２３，２６を合成し一つの光導波路２７とする第２干渉手段７が形成されている。そして、光導波路２２からはコンストラクティブ光Ｂ、光導波路２５からはディストラクティブ光Ｃ、そして、光導波路２７からは第２干渉手段の出力光が、各々出射される。

　図２に示すように、同一基板上に複数の光学手段を組み込むことで、コンストラクティブ光やディストラクティブ光に係る光路を、より正確に設定することが可能と共に、部品点数の削減並びに製造工程の簡略化などが可能となる。

　以上説明したように、本発明によれば、１ビット遅延干渉計の相対的遅延をより正確に制御可能な光素子を提供することが可能となる。

１　１ビット遅延干渉計
４　遅延量調整手段
５，６　分岐手段
７　第２干渉手段
８　光検出手段
９，１０　受光素子
１１　制御手段
３０　位相調整手段

Claims

　１ビット遅延干渉計と、
　該１ビット遅延干渉計から出力される干渉光であるコンストラクティブ光とディストラクティブ光について、各々その一部を分岐する分岐手段と、
　該分岐手段で分岐されたコンストラクティブ光及びディストラクティブ光に係る各分岐光を干渉させる第２干渉手段と、
　該第２干渉手段の出力光の強度を検出する光検出手段とを有することを特徴とする光素子。
　請求項１に記載の光素子において、該光検出手段の検出信号に基づき、該１ビット遅延干渉計の相対的遅延を制御する制御手段を有すること特徴とする光素子。
　請求項２に記載の光素子において、該制御手段は、該第２干渉手段の出力光の強度が最大もしくは最小となるように、該相対的遅延を制御することを特徴とする光素子。
　請求項１乃至３のいずれかに記載の光素子において、コンストラクティブ光又はディストラクティブ光の少なくとも一方の分岐光について、該分岐手段から該第２干渉手段との間に分岐光の位相を調整する位相調整手段が配置されていることを特徴とする光素子。
　請求項４に記載の光素子において、該位相調整手段は位相変調器を備え、該位相変調器に低周波信号を入力し、該低周波信号に応じた位相変調された分岐光を、該第２干渉手段に導入し、該第２干渉手段の出力光の強度を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出信号のうち、該低周波信号の周波数の整数倍の成分のみ抽出し、抽出した信号成分の大きさが最小もしくは最大となるように該１ビット遅延干渉計の相対的遅延を制御する制御手段を有すること特徴とする光素子。
　請求項１乃至５のいずれかに記載の光素子において、コンストラクティブ光及びディストラクティブ光に係る各分岐手段と、該第２干渉手段とは同一基板上に形成されていることを特徴とする光素子。