JP2018186414A - 光送受信回路 - Google Patents

Abstract

【課題】光源を送信側と受信側で共用するデジタルコヒーレント方式の光送受信回路において、常に最適に近い分岐比を実現可能として、伝送性能を犠牲にすることなく光回路の歩留り低下を抑制する。【解決手段】光変調回路と、光復調回路と、光源から入力された光を前記光変調回路と前記光復調回路に分岐する光分岐回路とを有する、光送受信回路であって、前記光分岐回路が、分岐比を変化させることができる可変光スプリッタである、ことを特徴とする光送受信回路とした。【選択図】図２

Description

本発明は光送受信回路、詳しくはデジタルコヒーレント方式の光伝送に適用される光送受信回路に関するものである。

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。光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チャネルあたり100ギガ／秒の通信容量を有する光伝送システムは、偏波多重ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）方式の信号フォーマットによる光伝送方式を採用したものがほとんどである。

図１は、従来技術によるデジタルコヒーレント偏波多重ＱＰＳＫ方式の光伝送に用いられる光送受信回路の、機能構成を示すものである。図１には送信系統に関連して、連続光を発生する光源９１００、光源９１００からの連続光を分岐する光分岐回路（光スプリッタ）９１０１、分岐された一方の連続光を送信光（キャリア光）として光変調回路９１０３へ伝搬する伝送路９１０２、偏波多重ＱＰＳＫ方式の光変調回路９１０３、変調された光が送信出力される出力光伝送路９１０４、光変調回路９１０３への変調電気信号入力９２０１を示している。また受信系統に関連して、受信信号光の入力光伝送路９１０５、偏波多重ＱＰＳＫ方式の光復調回路９１０７、光復調回路９１０７に光スプリッタ９１０１から分岐された他方の連続光を局発光として入力する伝送路９１０６、光復調回路９１０７からの復調電気信号出力９２０２を示している。

近年のデジタルコヒーレント方式の光送受信回路では、図１のように、光源を送信側
と受信側で共用する。すなわち、光源９１００からの連続光を光スプリッタ９１０１で分岐し、一方は光変調回路９１０３に入力する送信光、他方は光復調回路９１０７に入力する局発光とする構成が主流になっている。

またデジタルコヒーレント方式の光送受信回路においては、継続的に回路の小型化が求められている。この目的のため、シリコン光導波路等による光集積回路（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。当初の光送受信回路は、光源９１００、光変調回路９１０３、光復調回路９１０７をそれぞれ別パッケージ化した個別部品として組み合わせ、同様に個別部品である光スプリッタ９１０１と接続して構成していた。しかし最近の研究開発では、光変調回路９１０３、光復調回路９１０７、および光スプリッタ９１０１を、シリコン光導波路により接続して光集積回路上に集積し、１つのパッケージに収めて飛躍的に小型化するような試みもなされている。

Bo et al，"Practical Limits of Coherent Receivers for Unamplified 100Gb/s Applications"， OFC/NFOEC Technical Digest 2013， OW1E.3

前記のように、従来のデジタルコヒーレント方式における光送受信回路においては、光源を送信側と受信側で共用する構成が主流である（非特許文献１）。また光源からの光を分岐する光分岐回路には、受動的（パッシブ）光回路である光スプリッタが適用されている。またＰＩＣ技術の進展と小型化の要請により、送信側の光変調回路、受信側の光復調回路、光スプリッタを集積化して小型化する開発がなされ、将来はこのような集積型の光送受信回路が主流になっていくと期待されている。

ここで、このような光スプリッタに求められる最適な分岐比であるが、必ずしも一様ではないのが現状である。その理由の１つには、光送受信回路の適用先による最適な分岐比の違いがある。伝送路に光アンプを設置することが前提の長距離伝送システムにおいては、受信側に入力される信号光の強度もある程度確保されており、局発光のパワーは適度にあれば良い。よって送信側に比較的多くのパワーを分岐することが適当とされる。一方で、光アンプが適用されない比較的短距離の伝送システムにおいては、受信側に入力される信号光の強度を保証することができず、受信側に入力される信号光が微弱な場合も復調可能とすることが求められる。この場合、局発光のパワーを大きくしたいため、送信側と受信側が同等か、受信側により多くのパワーを分岐することが適当とされる。

最適な分岐比を予め定めにくいもう１つの理由としては、光集積回路のチップ上に構成される各光回路の光損失特性の、チップによる個体バラツキがある。例えば、光変調回路の損失が比較的小さいながら光復調回路の受光感度も比較的低い個体であれば、光受信側への分岐比を大きくするのがより適当である。逆に、光変調回路の損失が比較的大きいが光復調回路の受光感度が比較的高い個体であれば、光送信側への分岐比を大きくするのがより適当である。

これまでの集積型ではない光送受信回路においては、分岐比の異なる光スプリッタを複数種類準備しておき、適用する伝送システムや各回路の特性に合わせて選択して接続する、という対応ができた。

しかしながら集積型の光送受信回路においては、光スプリッタの分岐比は設計の段階で固定される。したがって適用先のシステムの相違や、回路特性のチップによる個体バラツキによって、最適分岐比と設計分岐比の差異が生じてしまう。この結果、伝送性能が犠牲になり、また伝送性能の劣化が許容できないような場合は、光集積回路のチップを選別する対応が必要になり、光集積回路の歩留りの低下が懸念される、という問題があった。
本発明は、かかる問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、光源を送信側と受信側で共用するデジタルコヒーレント方式の光送受信回路において、常に最適に近い分岐比を実現可能とし、伝送性能を犠牲にすることなく光回路の歩留り低下を抑制することにある。

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

（発明の構成１）
光変調回路と、光復調回路と、
光源から入力された光を前記光変調回路および前記光復調回路に分岐する光分岐回路とを有する、光送受信回路であって、
前記光分岐回路が、分岐比を変化させることができる可変光スプリッタである、
ことを特徴とする、光送受信回路。

（発明の構成２）
前記可変光スプリッタは、第１および第２の光カプラと、それぞれ両端に前記第１および第２の光カプラを接続する２つのアーム光導波路を有した、マッハツェンダ回路構成であって、
前記２つのアーム光導波路の少なくとも一方に加熱機構を具備する
ことを特徴とする、発明の構成１記載の光送受信回路。

（発明の構成３）
前記第１の光カプラは、１入力２出力のマルチモード干渉回路により構成され、
前記第２の光カプラは、２入力２出力のマルチモード干渉回路により構成されている、
ことを特徴とする、発明の構成２記載の光送受信回路。

（発明の構成４）
前記第１の光カプラおよび第２の光カプラは、ともに方向性結合器により構成されている、
ことを特徴とする、請求項２記載の光送受信回路。

（発明の構成５）
前記２つのアーム光導波路は、光路長が等しく、
前記２つのアーム光導波路の両方に加熱機構を具備している、
ことを特徴とする、発明の構成２から発明の構成４のいずれか１項に記載の光送受信回路。

（発明の構成６）
前記２つのアーム光導波路は、その光路長が非等長であって、
前記２つのアーム光導波路の、一方のアーム光導波路にのみ、前記加熱機構を具備している、
ことを特徴とする、発明の構成２から発明の構成４のいずれか１項に記載の光送受信回路。

（発明の構成７）
前記一方のアーム光導波路は、光路長が短い側のアーム光導波路である、
ことを特徴とする、発明の構成６に記載の光送受信回路。

（発明の構成８）
前記光変調回路、前記光復調回路、および前記光分岐回路はシリコン光集積回路として構成されている、
ことを特徴とする、発明の構成１から発明の構成７のいずれか１項に記載の光送受信回路。

本発明により、光源を送信側と受信側で共用するデジタルコヒーレント方式の光送受信回路において、常に最適に近い分岐比が実現可能とされ、伝送性能を犠牲にすることなく光回路の歩留り低下を抑制することが可能になる。

従来の光送受信回路の構成を示す図である。 本発明の実施例１の光送受信回路の構成を示す図である。 本発明の実施例１における可変光スプリッタの基本構成を示す図である。 可変光スプリッタの光カプラを、マルチモード干渉回路により実現した例を示す図である。 可変光スプリッタの光カプラを、方向性結合器により実現した例を示す図である。 実施例１の可変光スプリッタにおける、ヒータ駆動電流と分岐比の関係を示すグラフである。 実施例１の可変光スプリッタの別の構成における、ヒータ駆動電流と分岐比の関係を示すグラフである。 本発明の実施例２における可変光スプリッタの基本構成を示す図である。 実施例２の可変光スプリッタの構成における、ヒータ駆動電流と分岐比の関係を示すグラフである。

［第１の実施の形態］
本発明の光送受信回路の第１の実施の形態の実施例１について説明する。図２は、本実施例１における、光送受信回路の構成を示す平面図である。

図２には、連続光を出力する光源１００、光分岐回路１０１、送信側に分岐された光を伝搬させる光導波路１０２、光変調回路１０３、送信光信号の出力光伝送路１０４が示される。また、受信光信号の入力路１０５、受信側に分岐され局発光となる光を伝搬させる光導波路１０６、光復調回路１０７が示される。ここで光源１００は集積されていないが、破線枠に囲まれた要素回路は、例えばシリコン光導波路によって接続され同一ＰＩＣチップに集積される。

本発明の特徴としては、光分岐回路１０１が、分岐比を動的に変化させることができる可変光スプリッタ１０１で構成されていることにある。可変光スプリッタ１０１の分岐比が可変であることにより、適用先の伝送システムに依存する最適な分岐比に常に分岐比を調整して合わせることができるため、伝送性能を犠牲にすることがない。また要素回路の個体バラツキが生じた場合であっても、個体ごとに最も伝送性能を劣化させない分岐比に設定することができる。さらに、固定の分岐比では許容できなかった特性の要素回路を含んだ光集積回路も、使用することができるようになり、従来に比較して光回路の歩留りが改善する。

本発明の光送受信回路は、光変調回路と光復調回路、および光分岐回路が別個の部品であるような構成においても有効であるが、本実施例１においては、光変調回路と光復調回路、および光分岐回路、すなわち図２における破点線に囲まれた領域の要素が、１チップに集積された例を示す。これはより多くの回路が集積されるに従い、各要素回路特性の個体バラツキが、回路全体の歩留りに与える影響が大きくなり、より本発明の技術が有用であるからである。このような送受信１チップ集積を実現する材料プラットフォームは幾つか存在するが、本実施例では有力な集積プラットフォームの１つであるシリコン光回路での実現例を示す。

（実施例１の可変光スプリッタ）
図３は、実施例１の光送受信回路の可変光スプリッタ１０１を、シリコン光回路等の光導波回路で実現した例の平面図である。図３には、右端の図示しない光源からの光入力導波路２０１、分岐比固定の１入力２出力構成の光カプラ２０３、光カプラ２０３に接続する２本のアーム光導波路２０５、２０６、２本のアーム光導波路出力が入力される分岐比固定の２入力２出力構成の光カプラ２０４が示される。

２入力２出力構成の光カプラ２０４の出力は、それぞれ図２の光変調回路１０３、光復調回路１０７に至る光出力導波路１０２、１０６に接続され、光出力Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２となる。図３の可変光スプリッタ１０１において、２つの光カプラ２０３、２０４と２本のアーム光導波路２０５、２０６は、マッハツェンダ干渉回路を構成する。

図３の本実施例１の可変光スプリッタ１０１では、さらに２本のアーム光導波路２０５、２０６の経路上に、各光導波路を加熱して、その実効屈折率を変化させるための２本のヒータ（加熱機構）２０７、２０８が具備されている。ヒータには図示しない駆動回路より電力が供給され、ヒータ駆動電流を制御することによって光導波路の加熱量を制御可能とされている。また実施例１では、２本のアーム光導波路２０５、２０６の光路長（光経路の光学的な長さ）は、等長に設計されていることを付記しておく。

（光カプラの具体例）
図４は、図３の可変光スプリッタ１０１において、２つの光カプラ２０３、２０４を実現する具体例であり、マルチモード干渉回路（ＭＭＩ: Multi-Mode Interferometer）を適用した例である。

図４（ａ）は、１入力２出力構成の光カプラ２０３の例である。図４（ａ）には、１つの入力導波路３０１、２つの出力導波路３０２ ３０３を備えたマルチモード干渉回路（ＭＭＩ）３０４が示される。マルチモード導波路と入力導波路あるいは出力導波路は、テーパ導波路３０５、３０６、３０７で接続される。この光カプラ２０３をシリコン光回路に適用した場合の設計例としては、シリコンで形成された導波路コア厚さを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、入力導波路３０１および出力導波路３０２、３０３のコア幅は0.5μｍ、マルチモード導波路３０４のコア幅は2μｍ、長さは3.5μｍ、テーパ導波路３０５、３０６、３０７のマルチモード導波路３０４に接続する端のコア幅は0.8μｍである。

図４（ｂ）は、２入力２出力構成の光カプラ２０４の例である。図４（ｂ）には、２つの入力導波路３１１、３１２、２つの出力導波路３１３、３１４を備えたマルチモード干渉回路（ＭＭＩ）３１５が示される。マルチモード導波路と入力導波路あるいは出力導波路は、テーパ導波路３１６、３１７、３１８、３１９で接続される。この光カプラ２０４をシリコン光回路に適用した場合の設計例としては、図４（ａ）の例と同様にシリコン光導波路のコア厚さを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、入力導波路３１１、３１２および出力導波路３１３、３１４のコア幅は0.5μｍ、マルチモード導波路３１５のコア幅は2μｍ、長さは11μｍ、テーパ導波路３１６〜３１９のマルチモード導波路３１５に接続する端のコア幅は0.8μｍである。

図５は、図３の可変光スプリッタ１０１において、２つの光カプラ２０３、２０４を実現する別の具体例であり、方向性結合器を適用した例である。図５にあるように、２つの光カプラ２０３、２０４は同構成の方向性結合器で実現することが可能である。ここでは、入力導波路４０１、４０２、出力導波路４０３、４０４が、方向性結合器を構成する２つの導波路４０５、４０６で接続される。なお１入力の光カプラ２０３に適用する際には、入力導波路の何れか一方を光カプラへの入力路として使用すれば良い。この光カプラ２０３、２０４をシリコン光回路に適用した場合の設計例としては、シリコン光導波路のコア厚さを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、入力導波路４０１、４０２、出力導波路４０３、４０４および導波路４０５、４０６のコア幅は0.5μｍ、導波路４０５、４０６の各長さは67μｍ、導波路４０５、４０６のコア間のギャップは0.3μｍである。

図３の可変光スプリッタ１０１の全体について、シリコン光回路に適用した場合の設計例としては、シリコン光導波路のコア厚さを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、アーム光導波路は２０５、２０６のコア幅は0.5μｍとする。ヒータ２０７および２０８はオーバークラッド内で、アーム光導波路２０５、２０６から１μｍの距離で埋め込まれており、ヒータの幅は2μｍ、長さは100μｍ、材料は窒化チタンなどが用いられる。

（ヒータ駆動電流と分岐比の関係）
図６は、図３の可変光スプリッタ１０１における、ヒータ駆動電流と分岐比の関係を示すグラフである。ここで可変光スプリッタ１０１の光カプラ２０３、２０４には、図４に示したＭＭＩを適用している。図６（ａ）は、ヒータ２０８に徐々に電流を流したときの２つの出力（Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２）への光パワー分岐比の変化を示したものである。図６（ｂ）は、図６（ａ）と同様にヒータ２０７に徐々に電流を流したときの光パワー分岐比変化を示したものである。

図６（ａ）、図６（ｂ）ともにヒータ２０７、２０８を駆動しない状態では、等長に設計されたアーム光導波路２０５、２０６の間に光路長差は無く、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比は５０：５０（分岐比０．５）である。ここで図６（ａ）において、ヒータ２０８に電流を流し駆動すると、近接するアーム光導波路２０６が加熱されてその実効屈折率が増加し、その光路長が長くなる。これによりＯｕｔ１への光パワー分岐比が減少し、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比が増加する。

図６（ａ）において、ある程度までアーム光導波路２０６が加熱される（電流3.5ｍＡ程度で駆動する）と、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比は０：１００（Ｏｕｔ１の分岐比０）に達する。この状態でアーム光導波路２０６の２０５に対する光路長差は、通過する光波長の１／４（位相差９０度）になっている。

更にアーム光導波路２０６を加熱すると、今度はＯｕｔ１への光パワー分岐比は増加に転じ、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比は減少に転じる。アーム光導波路２０６の２０５に対する光路長差が、通過する光波長の１／２（位相差１８０度）になるまで加熱すれば、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比は再び５０：５０になる。

一方、図６（ｂ）にあるように、ヒータ２０７を駆動した場合には、近接するアーム光導波路２０５が加熱され、図６（ａ）と同様の機構でＯｕｔ１、Ｏｕｔ２へ出力する光パワーの分岐比を変えることができる。この場合、図６（ａ）のヒータ２０８を駆動した場合に対して、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比が入れ替わった動作がなされる。

図７は、図３の可変光スプリッタ１０１の別の構成における、ヒータ駆動電流と分岐比の関係を示すグラフである。ここで可変光スプリッタ１０１の光カプラ２０３、２０４には、図５に示した方向性結合器を適用している。このとき光カプラ２０３は、図５の方向性結合器において、入力導波路４０２を１つの入力として使用し、出力導波路４０３、４０４を２つの出力として使用している。この例において可変光スプリッタ１０１は、ヒータ２０７、２０８の何れを駆動しても同じ分岐比の変化を生じる。図７はヒータ２０７あるいは２０８の何れかに徐々に電流を流したときの２つの出力Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比の変化を示したものである。

図７でヒータを駆動しない状態では、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比は１００：０（Ｏｕｔ１の分岐比１）である。ここで例としてヒータ２０８に電流を流し駆動すると、近接するアーム光導波路２０６が加熱されてその実効屈折率が増加し、その光路長が長くなる。これによりＯｕｔ１への光パワー分岐比が減少し、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比が増加する。ある程度までアーム光導波路２０６が加熱される（図７において電流3.5ｍＡ程度での駆動）と、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比は５０：５０に達する。この状態でアーム光導波路２０６のアーム光導波路２０５に対する光路長差は、通過する光波長の１／４（位相差９０度）になっている。

更にアーム光導波路２０６を加熱すれば、Ｏｕｔ１への光パワー分岐比は更に減少し、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比は更に増加する。アーム光導波路２０６の２０５に対する光路長差が、通過する光波長の１／２（位相差１８０度）になるまで加熱すれば、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比は０：１００になる。

以上、図３の可変光スプリッタ１０１において、ヒータを駆動することによって、２つの出力Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比を任意に調整できることが示された。

本発明の可変光スプリッタ１０１によって、光源からの光パワーを光送信回路側と光受信回路側へ任意の分岐比で分岐できることにより、適用先の伝送システムに依存する最適な分岐比に調整して合わせることができる。このため、伝送性能を犠牲にすることなく、光送信回路と光受信回路を運用することができる。また本発明の可変光スプリッタ１０１によって、光送信回路あるいは光受信回路における要素回路の個体バラツキが生じた場合であっても、個体ごとに最も伝送性能を劣化させないよう光源からの光パワーの分岐比を調整することができ、固定の分岐比では許容できなかった特性の要素回路を含んだ個体も、使用が可能になり、従来に比較して光回路の歩留りが改善する。

この場合、ヒータ駆動用の電流は少ないことが望ましいので、分岐比が５０：５０（０．５）に近いような応用であれば、ＭＭＩを用いた図４の可変光スプリッタの構成が好適である。これに対して分岐比が一方に偏るような応用であれば、方向性結合器を用いた図５の可変光スプリッタの構成が好適である。

［第２の実施の形態］
本発明の光送受信回路の第２の実施の形態である実施例２について説明する。本実施例２の光送受信回路の全体構成は実施例１と同様であり、図２に示される。本実施例２も実施例１と同様に、光分岐回路１０１が、分岐比を動的に変化させることができる可変光スプリッタ１０１で構成されている。本実施例２は、その光分岐回路（可変光スプリッタ）１０１に関して、実施例１と異なる構成を適用したものである。

本実施例２においても、光変調回路と光復調回路、および光分岐回路、すなわち図２における破点線に囲まれた領域の要素が、１チップに集積された例を示す。このような送受信１チップ集積を実現する材料プラットフォームとして、シリコン光回路での実現例を示す。

（実施例２の可変光スプリッタ）
図８は、本実施例２における、シリコン光回路等の光導波回路で実現する可変光スプリッタ１０１の平面図である。ここで本実施例２でも実施例１の図３と同様に、右端の図示しない光源からの光入力導波路７０１、分岐比固定の１入力２出力構成の光カプラ７０３、光カプラ７０３に接続する２本のアーム光導波路７０５、７０６、２本のアーム光導波路出力が入力される分岐比固定の２入力２出力構成の光カプラ７０４が示される。２入力２出力構成の光カプラ７０４の出力は図２と同様に、それぞれ光変調回路、光復調回路に至る光出力導波路１０２、１０６に接続され、光出力Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２となる。２つの光カプラ７０３、７０４と２本のアーム光導波路７０５、７０６はマッハツェンダ干渉回路を構成する。

図８の本実施例２の可変光スプリッタ１０１では実施例１とは異なり、２本のアーム光導波路７０５、７０６において光路長が非等長である。この例では、一方のアーム光導波路７０５は他方のアーム光導波路７０６に対して経路（光路長）が長くなるように設計されている。この光路長の延長部分は、図８ではアーム光導波路７０５左端のヘアピン形状の曲部で例示的に表現しているが、光路長が長くなりさえすればどの位置にあってもよく、他の形状も可能である。例えば光カプラ７０３、７０４と２つのアーム光導波路の接続部分の入出力の光導波路（図４の３０２，３０３，３１１，３１２、あるいは図５の４０１〜４０４）に、直線ないしはクランクのような迂回部分を設けて光路長に差をつけ調整してもよい。但し光導波路の伝送損失が増大しないように、あまり曲率の大きな（曲率半径の小さな）形状は避けるのが望ましい。

さらに図８の本実施例２では実施例１と異なり、光路長が短い一方のアーム光導波路７０６の経路上にのみ、アーム光導波路７０６を加熱して実効屈折率を変化させるためのヒータ（加熱機構）７０７が具備されている。光路長に対して光の位相変化は周期的であり、ヒータの加熱による位相変化は一方向であるから、逆に光路長が長いアーム光導波路７０５の経路上にヒータを設けることも可能である。しかし余分な一周期分の経路長が光伝送損失の増大にもつながるため、光路長が短いアーム光導波路７０６の経路上にヒータを設けるのが好適である。いずれにせよ、非等長の２つのアーム光導波路の一方の経路上にのみ、加熱機構を備えればよく、実施例１に比べてヒータを１つとして構造を簡単にして、消費電力を低減することが可能である。

本実施例２における２つの光カプラ７０３、７０４では、実施例１と同様にＭＭＩを適用しており、その構造は図４に示した通りである。図５の方向性結合器を適用した光カプラとすることも可能である。

ここで図８の可変光スプリッタについて、シリコン光回路に適用した場合の設計例としては、シリコン光導波路のコア厚さを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、アーム光導波路７０５、７０６のコア幅は0.5μｍとする。ヒータ７０７はオーバークラッド内で、アーム光導波路７０６から１μｍの距離で埋め込まれており、ヒータの幅は2μｍ、長さは100μｍ、材料は窒化チタンなどが用いられる。またアーム光導波路７０５はアーム光導波路７０６に対して0.155μｍ長く設計されている。これはアーム光導波路７０５，７０６の実効屈折率を2.5、動作光波長を1.55μｍとして、光波長の１／４（位相差９０度）の光路長差を与える設計である。

（実施例２の可変光スプリッタにおける、ヒータ駆動電流と分岐比の関係）
図９は、図８の実施例２の可変光スプリッタの構成における、ヒータ駆動電流と分岐比の関係を示すグラフである。図９のグラフでは、ヒータ７０７に徐々に電流を流したときに、２つの光出力Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比が変化する様子を示している。図９のグラフ左端のヒータ７０７を駆動しない状態（電流０）では、アーム光導波路７０５、７０６間の位相差が９０度に設計されているため、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比は１００：０である。ここでヒータ７０７に電流を流し駆動すると、近接するアーム光導波路７０６が加熱されてその実効屈折率が増加し、その光路長が長くなる。これによりＯｕｔ１への光パワー分岐比が減少し、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比が増加する。

ある程度までアーム光導波路７０６が加熱される（図９において電流3.5ｍＡ程度での駆動）と、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比は５０：５０に達する。この状態でアーム光導波路７０５と７０６の光路長差はゼロ、すなわち通過する光波長の位相差が無い状態になっている。更にアーム光導波路７０６を加熱すれば、Ｏｕｔ１への光パワー分岐比は更に減少し、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比は更に増加する。アーム光導波路７０６の７０５に対する光路長差が、通過する光波長の１／４（位相差９０度）になるまで加熱すれば、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比は０：１００になる。

以上、図８の実施例２の可変光スプリッタにおいても、ヒータを駆動することによって、２つの出力Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２への光パワー分岐比を任意に調整できることが示された。実施例２の可変光スプリッタでは、ヒータの駆動電流が０のときの分岐比は２つのアーム光導波路の光路長の差により調整可能であるので、ヒータの駆動電流が０のときの分岐比を見込まれる応用に適した分岐比に近いものになるように設計すれば、低消費電力化が図れる。

本発明の可変光スプリッタによって、光源からの光パワーを光送信回路側と光受信回路側へ任意の分岐比で分岐でき、適用先の伝送システムに依存する最適な分岐比に調整して合わせることができるため、伝送性能を犠牲にすることなく、光送信回路と光受信回路を運用することができる。また本発明の可変光スプリッタによって、光送信回路あるいは光受信回路における要素回路の個体バラツキが生じた場合であっても、個体ごとに最も伝送性能を劣化させないよう光源からの光パワーの分岐比を調整することができ、固定の分岐比では許容できなかった特性の要素回路を含んだ個体も、使用が可能になり、従来に比較して光回路の歩留りが改善する。

以上説明したように本発明により、光源を送信側と受信側で共用する構成のデジタルコヒーレント方式の光送受信回路において、常に最適に近い分岐比が実現され、伝送性能を犠牲にすることなく、かつ、光回路の歩留り低下を抑制することが可能な光送受信回路を提供することが可能になる。

９１００、１００ 光源
９１０１ 光分岐回路（光スプリッタ）
９１０２、１０２ 光分岐回路から光変調回路への伝送路
９１０３、１０３ 光変調回路
９１０４、１０４ 光変調回路からの出力光伝送路
９１０５、１０５ 光復調回路への入力光伝送路
９１０６、１０６ 光分岐回路から光復調回路への伝送路
９１０７、１０７ 光復調回路
９２０１ 変調電気信号入力
９２０２ 復調電気信号出力
１０１ 光分岐回路（可変光スプリッタ）
２０１、７０１ 光入力導波路
２０３、２０４、７０３、７０４ 光カプラ
２０５、２０６、７０５、７０６ アーム光導波路
２０７、２０８、７０７ ヒータ（加熱機構）
３０１、３１１、３１２、４０１、４０２ 光入力導波路
３０２、３０３、３１３、３１４、４０３、４０４ 光出力導波路
３０４、３１５ マルチモード干渉回路
３０５〜３０７、３１６〜３１９ テーパ導波路
４０５、４０６ 光導波路（方向性結合器）

Claims (8)

1. 光変調回路と、光復調回路と、
   光源から入力された光を前記光変調回路および前記光復調回路に分岐する光分岐回路とを有する、光送受信回路であって、
   前記光分岐回路が、分岐比を変化させることができる可変光スプリッタである、
   ことを特徴とする、光送受信回路。
2. 前記可変光スプリッタは、第１および第２の光カプラと、それぞれ両端に前記第１および第２の光カプラを接続する２つのアーム光導波路を有した、マッハツェンダ回路構成であって、
   前記２つのアーム光導波路の少なくとも一方に加熱機構を具備する
   ことを特徴とする、請求項１記載の光送受信回路。
3. 前記第１の光カプラは、１入力２出力のマルチモード干渉回路により構成され、
   前記第２の光カプラは、２入力２出力のマルチモード干渉回路により構成されている、
   ことを特徴とする、請求項２記載の光送受信回路。
4. 前記第１の光カプラおよび第２の光カプラは、ともに方向性結合器により構成されている、
   ことを特徴とする、請求項２記載の光送受信回路。
5. 前記２つのアーム光導波路は、光路長が等しく、
   前記２つのアーム光導波路の両方に加熱機構を具備している、
   ことを特徴とする、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の光送受信回路。
6. 前記２つのアーム光導波路は、その光路長が非等長であって、
   前記２つのアーム光導波路の、一方のアーム光導波路にのみ、前記加熱機構を具備している、
   ことを特徴とする、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の光送受信回路。
7. 前記一方のアーム光導波路は、光路長が短い側のアーム光導波路である、
   ことを特徴とする、請求項６に記載の光送受信回路。
8. 前記光変調回路、前記光復調回路、および前記光分岐回路はシリコン光集積回路として構成されている、
   ことを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光送受信回路。

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