JP5387393B2 - 光ハイブリッド回路、光受信機及び光受信方法 - Google Patents
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Description
このような高ビットレートの光信号を伝送するための最も有力な光変調方式として多値位相変調方式が活発に研究されている。
例えば、四位相偏移変調(QPSK:Quadrature Phase Shift Keying)方式又は差分四位相偏移変調(DQPSK:Differential Quadrature Phase Shift Keying)方式がある。これにより、2ビットの信号を送信することが可能となり、二位相偏移変調(BPSK:Binary Phase Shift Keying)方式又は差分二位相偏移変調(DBPSK:Differential Binary Phase Shift Keying)方式と比べ、伝送容量を2倍に増大させる、あるいは、同じ伝送容量を得るためのビットレートを半減させることができる。
なお、図21中、Iは、同相関係、即ち、位相関係図においてI軸(0度軸)上に位置する位相関係を示す。また、図21中、Qは、直交位相関係、即ち、位相関係図においてI軸に対して90度ずれた位相関係[Q軸(90度軸)上に位置する位相関係]を示す。さらに、図21中、I+Qは、45度位相関係、即ち、位相関係図においてI軸に対して45度ずれた位相関係を示す。また、図21中、I−Qは、135度位相関係、即ち、位相関係図においてI軸に対して135度ずれた位相関係を示す。
そして、2つの1:4カプラ100,101のそれぞれの一方の側(図21中、上側)から1番目に位置する出力チャネルから同相関係(In-phase)を示す一対の光信号(図21中、Iで示す)が出力される。
また、2つの1:4カプラ100,101のそれぞれの一方の側(図21中、上側)から3番目に位置する出力チャネルから45度位相関係を示す一対の光信号(図21中、I+Qで示す)が出力される。
そこで、45度ハイブリッドの内部において光導波路が交差する領域ができないようにしたい。
なお、図22中、Iは、同相関係、即ち、位相関係図においてI軸(0度軸)上に位置する位相関係を示す。また、図22中、Qは、直交位相関係、即ち、位相関係図においてI軸に対して90度ずれた位相関係[Q軸(90度軸)上に位置する位相関係]を示す。さらに、図22中、I+Qは、45度位相関係、即ち、位相関係図においてI軸に対して45度ずれた位相関係を示す。また、図22中、I−Qは、135度位相関係、即ち、位相関係図においてI軸に対して135度ずれた位相関係を示す。
また、8つの出力チャネルのうち一方の側(図22中、上側)から2番目に位置する出力チャネル及び7番目に位置する出力チャネルから直交位相関係を示す一対の光信号(図22中、Qで示す)が出力される。
また、8つの出力チャネルのうち一方の側(図22中、上側)から4番目に位置する出力チャネル及び5番目に位置する出力チャネルから135度位相関係を示す一対の光信号(図22中、I−Qで示す)が出力される。
つまり、通常、45度ハイブリッドから出力される光信号は、図23に示すように、光電変換を行なうためにBPDによって検出する。
そこで、光導波路が交差する領域ができないようにして、過剰損失を抑えることができるようにした光ハイブリッド回路、光受信機及び光受信方法を実現したい。
[第1実施形態]
まず、第1実施形態にかかる光ハイブリッド回路について、図1〜図13を参照しながら説明する。
本実施形態では、図1(A)に示すように、光ハイブリッド回路1は、前段の多モード干渉(MMI)カプラ2と、後段の3つの光カプラ3〜5とを備え、これらが従属接続されている。この光ハイブリッド回路1は、MMIカプラ2と3つの光カプラ3〜5とを備え、モノリシック集積化が可能な半導体光導波路構造を有する光半導体素子によって構成されている。
具体的には、対モード干渉(PI:Paired Interference)に基づく2:8MMIカプラである。つまり、2つの入力チャネルの中心は入力端の幅の上側から1/3及び2/3に位置し、8つの出力チャネルの位置も入力チャネルの位置に関連付けられており、MMI領域において(3s−1)次の高次モード(sは1以上の自然数)が励振されない2:8MMIカプラである。このため、素子長を短くすることができる。
通常、MMIカプラのモード間干渉作用は、MMIカプラにおける屈折率、励振モード数及び干渉メカニズムなどに依存し、これにより、MMIカプラの出力信号における振幅関係及び位相関係が変化する。
ここで、8:8MMIカプラは一般モード干渉(GI:General Interference)に基づくものである。つまり、8つの入力チャネルの中心は、MMI導波路の中心対称性を崩さない範囲内で、MMI幅の1/3、1/2及び2/3の位置を除いた領域に位置し、MMI幅に応じた全てのモードが励振する8:8MMIカプラである。
したがって、図22に示すような8:8MMIカプラの場合、8等分に分岐するための最短伝搬長zGIは3Lπ/8となる。
一方、例えば図1に示すようなPIに基づく2:8MMIカプラの場合、P等分岐特性を得るための最短伝搬長zPIは、以下のようになり、zPIはzGIの1/3の値となる。
但し、図22及び図1に示すように、干渉メカニズムにより、出力チャネル位置は異なり、MMI幅WMが等しくても、入出力チャネルの最小間隔(Gap)、即ち、出力チャネルの間隔は等しくない。いずれのMMIカプラの場合もMMI長短縮のためにはMMI幅WMを小さくする必要があり、それにしたがって入出力チャネルの最小間隔も減少する。なお、通常、入出力チャネルの最小間隔は作製技術により制限されるパラメータである。
したがって、上記入出力チャネルの最小間隔を一定にした場合におけるzPIは、以下のように表される。
ところで、図2に示すように、2:8MMIカプラ2に8PSK信号光及びLO光を入力すると、同相関係にある4対の光信号が出力される。つまり、2:8MMIカプラ2の8つの出力チャネルのうち、図2中、上側から1番目及び2番目の2つの出力チャネルから同相関係(I)にある一対の第1光信号が出力される。また、2:8MMIカプラ2の8つの出力チャネルのうち、図2中、上側から3番目及び4番目の2つの出力チャネルから同相関係(I)にある一対の第2光信号が出力される。また、2:8MMIカプラ2の8つの出力チャネルのうち、図2中、上側から5番目及び6番目の2つのチャネルから同相関係(I)にある一対の第3光信号が出力される。また、2:8MMIカプラ2の8つの出力チャネルのうち、図2中、上側から7番目及び8番目の2つのチャネルから同相関係(I)にある一対の第4光信号が出力される。
Ch−1→S+L
Ch−2→S−L
Ch−3→S−L
Ch−4→S+L
Ch−5→S+L
Ch−6→S−L
Ch−7→S−L
Ch−8→S+L
このため、8PSK信号光とLO光との相対位相差Δψが、0、πの場合(I成分)のみ識別可能であり、−π/2、+π/2の場合(Q成分)、−3π/4、+π/4の場合(I+Q成分)、+3π/4、−π/4の場合(I−Q成分)は識別することができない。
Ch−1→S+L
Ch−2→S−L
Ch−3→S+jL
Ch−4→S−jL
Ch−5→S−(1+j)L
Ch−6→S+(1+j)L
Ch−7→S+(1−j)L
Ch−8→S−(1−j)L
ここでは、S−LとS+Lは、180度ずれた位相関係になっていることを示している。また、S+jLとS−jLは、S+LとS−Lに対して90度ずれた位相関係になっていることを示している。また、S−(1+j)LとS+(1+j)Lは、S+LとS−Lに対して45度ずれた位相関係になっていることを示している。また、S+(1−j)LとS−(1−j)Lは、S+LとS−Lに対して135度ずれた位相関係になっていることを示している。
ここでは、2:8MMIカプラ2の出力側の上から3番目と4番目の2つのチャネル(即ち、隣接する一対の第2出力チャネル)に、2:2光カプラ(第1の2:2光カプラ)3が接続されている。また、2:8MMIカプラ2の出力側の上から5番目と6番目の2つのチャネル(即ち、隣接する一対の第3出力チャネル)に2:2光カプラ(第2の2:2光カプラ)4が接続されている。また、2:8MMIカプラ2の出力側の上から7番目と8番目の2つのチャネル(即ち、隣接する一対の第4出力チャネル)に2:2光カプラ(第3の2:2光カプラ)5が接続されている。
2:2光カプラ4は、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有し、85:15の分岐比を有する2:2光カプラである。
2:2光カプラ5は、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有し、85:15の分岐比を有する2:2光カプラである。
このように構成されるため、本光ハイブリッド回路1は、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に8つのチャネルを有することになる。
なお、図2(A)中、Iは、同相関係、即ち、位相関係図においてI軸(0度軸)上に位置する位相関係を示す。また、図2(B)は、位相関係図であり、8PSK信号光とLO光との間の相対位相差に応じて出力される光信号の位相関係を示している。
また、一対の第3光信号は、2:8MMIカプラ2の出力側の上から5番目と6番目の2つのチャネル(即ち、隣接する一対の第3出力チャネル)から出力され、2:2MMIカプラ4の入力側の上から1番目と2番目の2つのチャネルに入力される。
次いで、図3(A),(B)に示すように、2:2MMIカプラ3によって、一対の第2光信号が、一対の第1光信号に対して直交位相関係にある一対の第5光信号に変換される。つまり、同相成分(I成分)のみを含む一対の第2光信号が、直交位相成分(Q成分)のみを含む一対の第5光信号に変換される。そして、一対の第5光信号は、2:2MMIカプラ3の出力側の上から1番目と2番目の2つのチャネル、即ち、光ハイブリッド回路1の出力側の上から3番目と4番目の2つのチャネルから出力される。
このため、光ハイブリッド回路1の出力側の上から1番目と2番目のチャネルから出力される一対の第1光信号によって、I成分(Δψ=0、π)を識別することができる。また、光ハイブリッド回路1の出力側の上から3番目と4番目のチャネルから出力される一対の第2光信号によって、Q成分(Δψ=−π/2、+π/2)を識別することができる。また、光ハイブリッド回路1の出力側の上から5番目と6番目のチャネルから出力される一対の第3光信号によって、I+Q成分(Δψ=−3π/4、+π/4)を識別することができる。また、光ハイブリッド回路1の出力側の上から7番目と8番目のチャネルから出力される一対の第4光信号によって、I−Q成分(Δψ=+3π/4、−π/4)を識別することができる。
なお、図3(A)中、Iは、同相関係、即ち、位相関係図においてI軸(0度軸)上に位置する位相関係を示す。また、Qは、直交位相関係、即ち、位相関係図においてI軸に対して90度ずれた位相関係[Q軸(90度軸)上に位置する位相関係]を示す。さらに、I+Qは、45度位相関係、即ち、位相関係図においてI軸に対して45度ずれた位相関係を示す。また、I−Qは、135度位相関係、即ち、位相関係図においてI軸に対して135度ずれた位相関係を示す。また、図3(B)は、位相関係図であり、8PSK信号光とLO光との間の相対位相差に応じて出力される光信号の位相関係を示している。
通常、PIに基づく2:8MMIカプラ2は同振幅で分岐する特徴を有するものの、同位相で分岐するものではない。実際、8等分に分岐する場合の4対の出力チャネルのそれぞれにおける出力チャネル間の相対位相差は、入力チャネルの位置に依存して大きく異なる。
図4に示すように、出力チャネルにおける分岐比の関係から、I成分(Δψ=0,π)を除き、Q成分(Δψ=−π/2、+π/2)、(I+Q)成分(Δψ=−3π/4、+π/4)及び(I−Q)成分(Δψ=+3π/4、−π/4)は識別不能であることが分かる。これは、2:8MMIカプラ2の3対の出力チャネルのそれぞれにおける出力チャネル間の相対位相差が2:2光カプラ3〜5に位相整合していないことに起因する。このため、45度ハイブリッドとして機能させるためには、位相整合条件を満足することが必要である。
ここで、θは、位相変化量(回転角度表記)を表す。また、θA−θB[A,Bは2:8MMIカプラの出力チャネル番号(出力ポート番号)]は、2:8MMIカプラ2の一対の出力チャネルから出力され、位相制御領域6〜8によって位相を制御された光、即ち、2:2MMIカプラ3〜5に入力される光(一対の光信号)の相対的な位相差を表す。
具体的には、2:2MMIカプラ3の入力側の2つのチャネルに入力される光の位相差θ3−θ4が+3π/8になるように、位相制御領域6において、2:8MMIカプラ2の3番目と4番目の出力チャネルの一方(又は両方)から出力される光(一対の第2光信号)の位相を制御すれば良い。これにより、Q成分(Δψ=−π/2、+π/2)を識別することが可能となる。
図5(A)は、導波路幅が入力端から長さ方向中間位置へ向けて直線的に狭くなり、長さ方向中間位置から出力端へ向けて直線的に広くなる幅狭テーパ構造の位相シフタ9Aを示している。これを幅狭テーパ導波路型位相シフタともいう。また、直線テーパ形状を有する幅テーパ導波路であるため、直線テーパ型導波路ともいう。
一方、図5(B)は、導波路幅が入力端から長さ方向中間位置へ向けて直線的に広くなり、長さ方向中間位置から出力端へ向けて直線的に狭くなる幅広テーパ構造の位相シフタ9Bを示している。これを幅広テーパ導波路型位相シフタともいう。また、直線テーパ形状を有する幅テーパ導波路であるため、直線テーパ型導波路ともいう。
ここでは、テーパ導波路型位相シフタ9A,9Bの入力端及び出力端の導波路幅をWとしている。なお、テーパ導波路型位相シフタ9A,9Bの入力端及び出力端の導波路幅Wは、光導波路のテーパ導波路型位相シフタ9A,9B以外の部分の導波路幅と同一である。
このように構成される位相シフタ9A,9Bのいずれか一方又は両方を、各位相制御領域6〜8のそれぞれに設けることで、上記の位相整合条件を満たすようにすることができる。
ここで、図6(A)は、図5(A)に示すような幅狭テーパ導波路型位相シフタ9Aの|ΔWTP|に対する位相変化量Δθを示しており、図6(B)は、図5(B)に示すような幅広テーパ導波路型位相シフタ9Bの|ΔWTP|に対する位相変化量Δθを示している。
図6(A),(B)に示すような関係を用いて、上記表1に示すような位相整合条件を満足するように、各位相制御領域6〜8に設けられる位相シフタ9(9A,9B)の形状を決定すれば良い。
表2中、例1では、2:8MMIカプラ2の4番目(下側)の出力ポートと2:2MMIカプラ3の2番目(下側)の入力ポートとの間に形成される光導波路に幅狭テーパ導波路型位相シフタ9Aを設けている。なお、2:8MMIカプラ2の3番目(上側)の出力ポートと2:2MMIカプラ3の1番目(上側)の入力ポートとの間に形成される光導波路には幅狭テーパ導波路型位相シフタ9Aは設けていない。
表2中、例2では、2:8MMIカプラ2の3番目(上側)の出力ポートと2:2MMIカプラ3の1番目(上側)の入力ポートとの間に形成される光導波路に幅広テーパ導波路型位相シフタ9Bを設けている。なお、2:8MMIカプラ2の4番目(下側)の出力ポートと2:2MMIカプラ3の2番目(下側)の入力ポートとの間に形成される光導波路には幅広テーパ導波路型位相シフタ9Bは設けていない。
本光ハイブリッド回路1は、図7に示すように、InP基板10上に、GaInAsPコア層11、InPクラッド層12を備え、ハイメサ導波路構造を有する光半導体素子13である。
つまり、2:8MMIカプラ2は、図8に示すように、2:8MMIカプラ2のMMI領域の幅(MMI幅)をWM28として、2つの入力チャネル(入力導波路)を、それぞれ、その中心がMMI幅WM28の上側から1/3及び2/3に位置するように設けている。
例えば、2:8MMIカプラ2は、入出力チャネルの最小間隔、即ち、2つの出力チャネルの間隔(WM28/12)を3.0μmとし、入力チャネル及び出力チャネルの導波路幅(入出力導波路幅)Wを例えば2.0μmとし、単一モード条件を満たすようにする。そうすると、MMI幅WM28は36μmに決まる。この場合、2:8MMIカプラ2の長さLM28は451μmになる。
つまり、2:2MMIカプラ3をPIに基づくものとする場合、図9(B)に示すように、2:8MMIカプラ2のMMI幅WM28を基準として、2つの入力チャネル(入力導波路)を、それぞれ、その中心がMMI領域の側面からWM28/12に位置するように設ける。また、2つの出力チャネル(出力導波路)も、それぞれ、その中心がMMI領域の側面からWM28/12に位置するように設ける。さらに、2つの入出力チャネルの間隔(gap)は、いずれも、WM28/12にしている。このため、2:2MMIカプラ3のMMI領域の幅(MMI幅)WM22−SはWM28/4となる。
つまり、2:2MMIカプラ4,5は、図9(C)に示すように、2:8MMIカプラ2のMMI幅WM28を基準として、2つの入力チャネル(入力導波路)を、それぞれ、その中心がMMI領域の側面からWM28/24に位置するように設ける。また、2つの出力チャネル(出力導波路)も、それぞれ、その中心がMMI領域の側面からWM28/24に位置するように設ける。さらに、2つの入出力チャネルの間隔(gap)は、いずれも、WM28/12にしている。このため、2:2MMIカプラ4,5のMMI領域の幅(MMI幅)WM22−AはWM28/6となる。
各位相シフタ9は、図5(A)に示すように、2:8MMIカプラ2の出力ポート及び2:2MMIカプラ3〜5の入力ポートに接続される部分の導波路幅Wを2.0μmとしている。また、2:8MMIカプラ2の出力ポート又は2:2MMIカプラ3〜5の入力ポートから長さ方向の中間位置までの距離LTPは、いずれも25μmとしている。つまり、2:8MMIカプラ2の出力ポートから長さ方向中間位置まで直線的に導波路幅が広くなる幅広テーパ部、及び、長さ方向中間位置から2:2MMIカプラ3〜5の入力ポートまで直線的に導波路幅が狭くなる幅狭テーパ部の長さ(テーパ長)は、いずれも25μmとしている。この場合、位相シフタ9(9A,9B)の長さLphaseは、50μmとなる。
また、位相制御領域7に設けられる位相シフタ9を、2:8MMIカプラ2の6番目の出力ポートと2:2MMIカプラ4の2番目の入力ポートとの間に形成される光導波路に設けられる幅狭テーパ導波路型位相シフタ9Aとしている。これにより、2:2MMIカプラ4の2番目の入力ポートに入力される光の位相が、2:2MMIカプラ4の1番目の入力ポートに入力される光の位相に対して、5π/8だけ遅れる(−5π/8)ようにしている。
また、位相制御領域8に設けられる位相シフタ9を、2:8MMIカプラ2の8番目の出力ポートと2:2MMIカプラ5の2番目の入力ポートとの間に形成される光導波路に設けられる幅狭テーパ導波路型位相シフタ9Aとしている。これにより、2:2MMIカプラ5の2番目の入力ポートに入力される光の位相が、2:2MMIカプラ5の1番目の入力ポートに入力される光の位相に対して、7π/8だけ遅れる(−7π/8)ようにしている。
この場合、45度ハイブリッドの素子長LTot2(LM28+Lphase+LM22−S)は、606μmとなる。
まず、図7に示すように、n型InP基板10上に、例えば有機金属気相成長(MOVPE;Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法によって、アンドープGaInAsPコア層11、アンドープInPクラッド層12を順にエピタキシャル成長させる。
次に、上述のようにしてエピタキシャル成長を行なったウェハの表面上に、例えばSiO2膜を例えば蒸着装置などによって成膜し、例えば光露光プロセスによって、光ハイブリッド回路を形成するための導波路パターンをパターニングする。
このような作製プロセスを経て、本光ハイブリッド回路1が完成する。
なお、図10(A)、(B)は、相対位相差Δψが連続的に変化している場合における各出力チャネルの相対強度を示している。また、図10(A),(B)中、縦軸のa.u.はarbitrary unitである。
そして、入出力導波路幅Wを2μmとすると、8:8MMIカプラのMMI幅WM88、2:8MMIカプラ2のMMI幅WM28は、それぞれ、24.0μm、36.0μmに決まる。
この場合、8:8MMIカプラの長さLM88、2:8MMIカプラ2の長さLM28、2:2MMIカプラ3の長さLM22−S、及び、2:2MMIカプラ4,5の長さLM22−Aは、それぞれ、602μm、451μm、105μm、75μmになる。
図10(A)、(B)に示すように、いずれの場合も、相対位相差Δψに対する相対出力強度は正弦波関数的に変化する。
また、図10(A)、(B)に示すように、本45度ハイブリッド1は、8:8MMIカプラを用いた45度ハイブリッドに比べ、各出力チャネル(Ch−1〜Ch−8)における透過率のバラツキが小さく、挿入損失が小さいことが分かる。
これに対し、図10(A)に示すように、本45度ハイブリッド1では、1番目の出力チャネル(Ch−1)の出力強度変化と2番目の出力チャネル(Ch−2)の出力強度変化とがx軸対称性を有することが分かる。また、3番目の出力チャネル(Ch−3)の出力強度変化と4番目の出力チャネル(Ch−4)の出力強度変化とがx軸対称性を有することが分かる。また、5番目の出力チャネル(Ch−5)の出力強度変化と6番目の出力チャネル(Ch−6)の出力強度変化とがx軸対称性を有することが分かる。また、7番目の出力チャネル(Ch−7)の出力強度変化と8番目の出力チャネル(Ch−8)の出力強度変化とがx軸対称性を有することが分かる。
次に、図11(A)は、本45度ハイブリッド1において、2つの入力チャネルのうちの上側の入力チャネル(1番目の入力チャネル)から8PSK信号光を入力した場合の8つの出力チャネル(Ch−1〜Ch−8)における透過率(Transmittance)の波長依存性(透過波長スペクトル)を示している。また、図11(B)は、本45度ハイブリッド1において、2つの入力チャネルのうちの下側の入力チャネル(2番目の入力チャネル)から8PSK信号光を入力した場合の8つの出力チャネル(Ch−1〜Ch−8)における透過率(Transmittance)の波長依存性(透過波長スペクトル)を示している。なお、45度ハイブリッドの各パラメータは、上述の図10(A)、(B)の場合と同様である。
次に、図12(A)は、8:8MMIカプラを用いた45度ハイブリッド(図22参照)において、8つの入力チャネルのうち、上側から1番目の入力チャネルから8PSK信号光を入力した場合の8つの出力チャネル(Ch−1〜Ch−8)毎の透過率(Transmittance)の波長依存性(透過波長スペクトル)を示している。また、図12(B)は、8:8MMIカプラを用いた45度ハイブリッド(図22参照)において、8つの入力チャネルのうち、上側から3番目の入力チャネルから8PSK信号光を入力した場合の8つの出力チャネル(Ch−1〜Ch−8)毎の透過率(Transmittance)の波長依存性(透過波長スペクトル)を示している。なお、45度ハイブリッドの各パラメータは、上述の図10(A)、(B)の場合と同様である。
次に、図13(A)は、本45度ハイブリッド1における位相ズレ量Δφの波長依存性を示している。また、図13(B)は、8:8MMIカプラを用いた45度ハイブリッド(図22参照)における位相ズレ量Δφの波長依存性を示している。なお、45度ハイブリッドの各パラメータは、上述の図10(A)、(B)の場合と同様である。
特に、本光ハイブリッド回路1によれば、低波長依存性、低位相ズレ特性(動作波長の広帯域性)、低挿入損失であり、コンパクト化、及び、モノリシック集積化に適した45度ハイブリッドを実現できるという利点がある。
つまり、本45度ハイブリッド1は、4対の出力チャネルのいずれかをI成分を識別するためのものとして設定し、残りの3対の出力チャネルに対して、表3に示す位相整合条件を満足するように、位相シフタ9のパラメータを適正化し、分岐比50:50の2:2光カプラ3と、2つの分岐比85:15の2:2光カプラ4,5とを接続すれば、2:2光カプラ3〜5の位置に依存せずに、それぞれ、Q成分、I+Q成分及びI−Q成分を識別できるようになり、45度ハイブリッドとして機能する。
そして、2:8MMIカプラ2の第1の2:2MMIカプラ3が接続された一対の第3出力チャネルのいずれか一方又は両方に、位相制御領域7(第2の位相制御領域;位相シフタ9;第2の位相シフタ)を設ける。
そして、2:8MMIカプラ2の第2の2:2MMIカプラ4が接続された一対の第2出力チャネルのいずれか一方又は両方に、位相制御領域6(第1の位相制御領域;位相シフタ9;第1の位相シフタ)を設ける。
そして、2:8MMIカプラ2の第3の2:2MMIカプラ5が接続された一対の第2出力チャネルのいずれか一方又は両方に、位相制御領域14(第4の位相制御領域;位相シフタ9;第4の位相シフタ)を設ける。
そして、2:8MMIカプラ2の第1の2:2MMIカプラ3が接続された一対の第2出力チャネルのいずれか一方又は両方に、位相制御領域6(第1の位相制御領域;位相シフタ9;第1の位相シフタ)を設ける。
そして、2:8MMIカプラ2の第2の2:2MMIカプラ4が接続された一対の第1出力チャネルのいずれか一方又は両方に、位相制御領域14(第4の位相制御領域;位相シフタ9;第4の位相シフタ)を設ける。
そして、2:8MMIカプラ2の第3の2:2MMIカプラ5が接続された一対の第4出力チャネルのいずれか一方又は両方に、位相制御領域8(第3の位相制御領域;位相シフタ9;第3の位相シフタ)を設ける。
要するに、本光ハイブリッド回路1は、一対の第1出力チャネル、一対の第2出力チャネル、一対の第3出力チャネル及び一対の第4出力チャネルのいずれかに接続されており、第1光信号、第2光信号、第3光信号及び第4光信号のいずれかを、直交位相関係にある一対の第5光信号に変換する第1の2:2光カプラ3と、一対の第1出力チャネル、一対の第2出力チャネル、一対の第3出力チャネル及び一対の第4出力チャネルのうち、第1の2:2光カプラ3が接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、第1光信号、第2光信号、第3光信号及び第4光信号のうち、第1の2:2光カプラ3が接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、45度位相関係にある一対の第6光信号に変換する第2の2:2光カプラ4と、一対の第1出力チャネル、一対の第2出力チャネル、一対の第3出力チャネル及び一対の第4出力チャネルのうち、第1の2:2光カプラ3及び第2の2:2光カプラ4が接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、第1光信号、第2光信号、第3光信号及び第4光信号のうち、第1の2:2光カプラ3及び第2の2:2光カプラ4が接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、135度位相関係にある一対の第7光信号に変換する第3の2:2光カプラ5とを備えるものとして構成すれば良い。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態にかかる光受信機、光送受信機、光受信方法について、図18を参照しながら説明する。
ここで、光ハイブリッド回路1は、8PSK信号光を同相関係にある一対の第1光信号、同相関係にある一対の第2光信号、同相関係にある一対の第3光信号及び同相関係にある一対の第4光信号に変換するMMIカプラ2と、第2光信号を直交位相関係にある一対の第5光信号に変換する第1の光カプラ3と、第3光信号を45度位相関係にある一対の第6光信号に変換する第2の光カプラと、第4光信号を135度位相関係にある一対の第7光信号に変換する第3の光カプラとを備える[図1、図14〜図17参照]。
本実施形態では、図18に示すように、光ハイブリッド回路1の2:8MMIカプラ2(又は8:8MMIカプラ2A)の入力側の一のチャネルに8PSK信号光が入力され、2:8MMIカプラ2(又は8:8MMIカプラ2A)の入力側の他のチャネルにLO光が入力されるようになっている。つまり、光ハイブリッド回路1の2:8MMIカプラ2(又は8:8MMIカプラ2A)の入力側の一のチャネルは、8PSK信号光を入力するためのチャネルである。また、光ハイブリッド回路1の2:8MMIカプラ2(又は8:8MMIカプラ2A)の入力側の他のチャネルは、LO光を入力するためのチャネルである。
そして、光ハイブリッド回路1に8PSK信号光(8PSK信号パルス)とこれに時間的に同期したLO光が入力されると、8PSK信号光とLO光との相対位相差Δψに応じて、それぞれ異なる分岐比を有する出力形態が得られる。このため、各フォトダイオード21A〜21Dへの入力状態も異なる。
ここでは、光電変換及び信号復調のために、光ハイブリッド回路1の後段にバランスドフォトダイオード(BPD)21A〜21Dが設けられている。
また、光ハイブリッド回路1の出力側の3番目及び4番目のチャネルに第2BPD21Bが接続されている。つまり、第1光信号に対して直交位相関係(Q)にある一対の第2光信号が出力される3番目及び4番目のチャネル(隣接する一対の第2出力チャネル)に第2BPD21Bが接続されている。
また、光ハイブリッド回路1の出力側の7番目及び8番目のチャネルに第4BPD21Dが接続されている。つまり、第1光信号に対して135度位相関係(I−Q)にある一対の第4光信号が出力される7番目及び8番目のチャネル(隣接する一対の第4出力チャネル)に第4BPD21Dが接続されている。
なお、上述の第1実施形態と同様に、光ハイブリッド回路1は、一対の第1出力チャネル、一対の第2出力チャネル、一対の第3出力チャネル及び一対の第4出力チャネルのいずれかに接続されており、第1光信号、第2光信号、第3光信号及び第4光信号のいずれかを、直交位相関係にある一対の第5光信号に変換する第1の2:2光カプラ3と、一対の第1出力チャネル、一対の第2出力チャネル、一対の第3出力チャネル及び一対の第4出力チャネルのうち、第1の2:2光カプラ3が接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、第1光信号、第2光信号、第3光信号及び第4光信号のうち、第1の2:2光カプラ3が接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、45度位相関係にある一対の第6光信号に変換する第2の2:2光カプラ4と、一対の第1出力チャネル、一対の第2出力チャネル、一対の第3出力チャネル及び一対の第4出力チャネルのうち、第1の2:2光カプラ3及び第2の2:2光カプラ4が接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、第1光信号、第2光信号、第3光信号及び第4光信号のうち、第1の2:2光カプラ3及び第2の2:2光カプラ4が接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、135度位相関係にある一対の第7光信号に変換する第3の2:2光カプラ5とを備えるものとして構成すれば良い。
このため、フォトダイオード21A〜21Dは、多モード干渉カプラ2から出力される第1光信号、第2光信号、第3光信号及び第4光信号のいずれかの光信号、第1の2:2光カプラ3から出力される第5光信号、第2の2:2光カプラ4から出力される第6光信号、及び、第3の2:2光カプラ5から出力される第7光信号を、アナログ電気信号に変換することになる。
つまり、まず、光ハイブリッド回路1の多モード干渉カプラ(ここでは2:8MMIカプラ2)を用いて、8PSK信号光を同相関係にある一対の第1光信号、同相関係にある一対の第2光信号、同相関係にある一対の第3光信号及び同相関係にある一対の第4光信号に変換する。
次に、第1の光カプラ3(ここでは2:2MMIカプラ)を用いて、第1光信号、第2光信号、第3光信号及び第4光信号のいずれかを、直交位相関係にある一対の第5光信号に変換する。
また、第3の光カプラ5(ここでは2:2MMIカプラ)を用いて、第1光信号、第2光信号、第3光信号及び第4光信号のうち、第1の2:2光カプラ3及び第2の2:2光カプラ4が接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、135度位相関係にある一対の第7光信号に変換する。
なお、光ハイブリッド回路1の詳細については、上述の第1実施形態及びその変形例と同様であるから、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光受信機によれば、光導波路が交差する領域ができないようにして、過剰損失を抑えることができるという利点がある。
なお、上述の実施形態及び変形例では、光受信機を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、上述の実施形態の光受信機の構成を備えるものとして光送受信機を構成することもできる。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態にかかる光ハイブリッド回路について、図19を参照しながら説明する。
つまり、本光ハイブリッド回路は、光伝送システムにおいてD8PSK信号の位相変調情報を識別するために用いられる45度ハイブリッド回路(以下、45度ハイブリッドともいう)である。
1:2光カプラ26は、光遅延回路25及び2:8MMIカプラ2の入力側の他のチャネルに接続されている。ここでは、1:2光カプラ26は1:2MMIカプラである。
具体的には、2:8MMIカプラ2の一の入力チャネルと1:2MMIカプラ26の一の出力チャネルとを接続する一の光導波路の長さを、2:8MMIカプラ2の他の入力チャネルと1:2MMIカプラ26の他の出力チャネルとを接続する他の光導波路の長さよりも長くしている。
ここでは、一の光導波路の長さを長くして、D8PSK信号パルスの1ビットの遅延に相当する光路長差を設けている。このため、上述の第1実施形態の光ハイブリッド回路1に含まれる2:8MMIカプラ2の一の入力チャネルに接続された一の光導波路が光遅延回路25である。
したがって、本実施形態にかかる光ハイブリッド回路によれば、上述の第1実施形態の場合と同様に、光導波路が交差する領域ができないようにして、過剰損失を抑えることができるという利点がある。
[第4実施形態]
次に、第4実施形態にかかる光受信機、光送受信機、光受信方法について、図20を参照しながら説明する。
本コヒーレント光受信機20Aは、上述の第3実施形態及びその変形例の光ハイブリッド回路1A(D8PSK信号用45度ハイブリッド;図19参照)を含むものである。つまり、本コヒーレント光受信機20Aは、上述の第2実施形態及びその変形例のコヒーレント光受信機20に含まれる45度ハイブリッド1に代えて、上述の第3実施形態及びその変形例の45度ハイブリッド1Aを用いたものである。このコヒーレント光受信機20Aは、45度ハイブリッド1Aによって識別された光信号を電気信号に変換し、デジタル信号処理を行なうようになっている。
特に、本光受信機によれば、低波長依存性、低位相ズレ特性、低挿入損失であり、コンパクト化、及び、モノリシック集積化に適した45度ハイブリッドを備える光受信機を実現できるという利点がある。
また、上述の実施形態では、光ハイブリッド回路1Aが、MMIカプラ2(2A)と光カプラ3〜5(3A〜5A、3B〜3B)とを備える光半導体素子によって構成されることになるが(第2実施形態参照)、これに限られるものではない。例えば、MMIカプラ2(2A)と光カプラ3〜5(3A〜5A、3B〜3B)とを備える光半導体素子に、さらに、フォトダイオード(ここではBPD)21A〜21Dが集積されていても良い。つまり、MMIカプラ2(2A)と、光カプラ3〜5(3A〜5A、3B〜3B)と、フォトダイオード(ここではBPD)21A〜21Dとが一体に集積されていても良い。
[その他]
なお、本発明は、上述した各実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
(付記1)
幅方向中心位置に対して対称な位置に設けられた一対の入力チャネルと、同相関係にある一対の第1光信号を出力するための隣接する一対の第1出力チャネルと、同相関係にある一対の第2光信号を出力するための隣接する一対の第2出力チャネルと、同相関係にある一対の第3光信号を出力するための隣接する一対の第3出力チャネルと、同相関係にある一対の第4光信号を出力するための隣接する一対の第4出力チャネルとを備え、八位相偏移変調信号光又は差分八位相偏移変調信号光を、前記同相関係にある一対の第1光信号、前記同相関係にある一対の第2光信号、前記同相関係にある一対の第3光信号及び前記同相関係にある一対の第4光信号に変換する多モード干渉カプラと、
前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有し、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のいずれかを、直交位相関係にある一対の第5光信号に変換する第1の2:2光カプラと、
前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのうち、前記第1の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有し、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のうち、前記第1の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、45度位相関係にある一対の第6光信号に変換する第2の2:2光カプラと、
前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのうち、前記第1の2:2光カプラ及び前記第2の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有し、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のうち、前記第1の2:2光カプラ及び前記第2の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、135度位相関係にある一対の第7光信号に変換する第3の2:2光カプラと、
前記第1の2:2光カプラ、前記第2の2:2光カプラ及び前記第3の2:2光カプラが接続されている3対の出力チャネルのうち、少なくとも2つの一対の出力チャネルの一方又は両方に設けられた位相制御領域とを備えることを特徴とする光ハイブリッド回路。
前記第1の2:2光カプラは、50:50の分岐比を有し、
前記第2の2:2光カプラ及び前記第3の2:2光カプラは、85:15の分岐比を有することを特徴とする、付記1に記載の光ハイブリッド回路。
(付記3)
前記位相制御領域として、前記一対の第2出力チャネルの一方又は両方に設けられ、前記一対の第2光信号間の位相差が3π/8になるように位相を制御する第1の位相制御領域、前記一対の第3出力チャネルの一方又は両方に設けられ、前記一対の第3光信号間の位相差が5π/8になるように位相を制御する第2の位相制御領域、前記一対の第4出力チャネルの一方又は両方に設けられ、前記一対の第4光信号間の位相差が7π/8になるように位相を制御する第3の位相制御領域、及び、前記一対の第1出力チャネルの一方又は両方に設けられ、前記一対の第1光信号間の位相差がπ/8になるように位相を制御する第4の位相制御領域のうち、少なくとも2つの位相制御領域を備えることを特徴とする、付記1又は2に記載の光ハイブリッド回路。
前記多モード干渉カプラは、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に8つのチャネルを有する2:8多モード干渉カプラであることを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載の光ハイブリッド回路。
(付記5)
前記2:8多モード干渉カプラは、対モード干渉に基づく2:8多モード干渉カプラであることを特徴とする、付記4に記載の光ハイブリッド回路。
前記多モード干渉カプラは、入力側に8つのチャネルを有し、出力側に8つのチャネルを有する8:8多モード干渉カプラであり、前記入力側の8つのチャネルのうち幅方向中心位置に対して対称な位置に設けられた2つのチャネルが光を入力するための入力チャネルであることを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載の光ハイブリッド回路。
前記第1の2:2光カプラ、前記第2の2:2光カプラ及び前記第3の2:2光カプラは、多モード干渉カプラ、方向性結合器、二モード干渉カプラのいずれかであることを特徴とする、付記1〜6のいずれか1項に記載の光ハイブリッド回路。
(付記8)
前記多モード干渉カプラの入力側の一のチャネルが、八位相偏移変調信号光を入力するための入力チャネルであり、
前記多モード干渉カプラの入力側の他のチャネルが、局部発振光を入力するための入力チャネルであることを特徴とする、付記1〜7のいずれか1項に記載の光ハイブリッド回路。
前記多モード干渉カプラの入力側の一のチャネルに接続された光遅延回路と、
前記光遅延回路及び前記多モード干渉カプラの入力側の他のチャネルに接続され、入力側に1つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有する1:2光カプラとを備え、
前記1:2光カプラの入力側のチャネルが、差分八位相偏移変調信号光を入力するための入力チャネルであることを特徴とする、付記1〜7のいずれか1項に記載の光ハイブリッド回路。
前記多モード干渉カプラと、前記第1の2:2光カプラと、前記第2の2:2光カプラと、前記第3の2:2光カプラと、前記位相制御領域とを備え、導波路構造を有する光半導体素子によって構成されることを特徴とする、付記1〜9のいずれか1項に記載の光ハイブリッド回路。
前記位相制御領域は、テーパ状に導波路幅が変化している位相シフタを備えることを特徴とする、付記10に記載の光ハイブリッド回路。
(付記12)
幅方向中心位置に対して対称な位置に設けられた一対の入力チャネルと、同相関係にある一対の第1光信号を出力するための隣接する一対の第1出力チャネルと、同相関係にある一対の第2光信号を出力するための隣接する一対の第2出力チャネルと、同相関係にある一対の第3光信号を出力するための隣接する一対の第3出力チャネルと、同相関係にある一対の第4光信号を出力するための隣接する一対の第4出力チャネルとを備え、八位相偏移変調信号光又は差分八位相偏移変調信号光を、前記同相関係にある一対の第1光信号、前記同相関係にある一対の第2光信号、前記同相関係にある一対の第3光信号及び前記同相関係にある一対の第4光信号に変換する多モード干渉カプラと、前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有し、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のいずれかを、直交位相関係にある一対の第5光信号に変換する第1の2:2光カプラと、前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのうち、前記第1の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有し、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のうち、前記第1の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、45度位相関係にある一対の第6光信号に変換する第2の2:2光カプラと、前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのうち、前記第1の2:2光カプラ及び前記第2の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有し、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のうち、前記第1の2:2光カプラ及び前記第2の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、135度位相関係にある一対の第7光信号に変換する第3の2:2光カプラと、前記第1の2:2光カプラ、前記第2の2:2光カプラ及び前記第3の2:2光カプラが接続されている3対の出力チャネルのうち、少なくとも2つの一対の出力チャネルの一方又は両方に設けられた位相制御領域とを備える光ハイブリッド回路と、
前記多モード干渉カプラから出力される前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のいずれかの光信号、前記第1の2:2光カプラから出力される前記第5光信号、前記第2の2:2光カプラから出力される前記第6光信号、及び、前記第3の2:2光カプラから出力される前記第7光信号を、アナログ電気信号に変換するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードから出力されるアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するAD変換回路と、
前記AD変換回路から出力されるデジタル電気信号を用いて演算処理を実行するデジタル演算回路とを備えることを特徴とする光受信機。
前記フォトダイオードに接続されるトランスインピーダンスアンプを備え、
前記AD変換回路は、前記フォトダイオードから出力され、前記トランスインピーダンスアンプを介して入力されるアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するように構成されることを特徴とする、付記12に記載の光受信機。
前記多モード干渉カプラの入力側の一のチャネルが、八位相偏移変調信号光を入力するための入力チャネルであり、
前記多モード干渉カプラの入力側の他のチャネルが、局部発振光を入力するための入力チャネルであり、
前記多モード干渉カプラの入力側の他のチャネルに局部発振光を入力するための局部発振光発生部を備えることを特徴とする、付記12又は13に記載の光受信機。
前記光ハイブリッド回路が、
前記多モード干渉カプラの入力側の一のチャネルに接続された光遅延回路と、
前記光遅延回路及び前記多モード干渉カプラの入力側の他のチャネルに接続され、入力側に1つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有する1:2光カプラとを含み、
前記1:2光カプラの入力側のチャネルが、差分八位相偏移変調信号光を入力するための入力チャネルであることを特徴とする、付記12又は13に記載の光受信機。
前記光ハイブリッド回路が、前記多モード干渉カプラと、前記第1の2:2光カプラと、前記第2の2:2光カプラと、前記第3の2:2光カプラと、前記位相制御領域とを備える光半導体素子によって構成されることを特徴とする、付記12〜15のいずれか1項に記載の光受信機。
前記光ハイブリッド回路が、前記多モード干渉カプラと、前記第1の2:2光カプラと、前記第2の2:2光カプラと、前記第3の2:2光カプラと、前記位相制御領域と、前記光遅延回路と、前記1:2光カプラとを備える光半導体素子によって構成されることを特徴とする、付記15に記載の光受信機。
前記光半導体素子に、さらに前記フォトダイオードが集積されていることを特徴とする、付記16又は17に記載の光受信機。
(付記19)
付記12〜18のいずれか1項に記載の光受信機の構成を備えることを特徴とする光送受信機。
幅方向中心位置に対して対称な位置に設けられた一対の入力チャネルと、同相関係にある一対の第1光信号を出力するための隣接する一対の第1出力チャネルと、同相関係にある一対の第2光信号を出力するための隣接する一対の第2出力チャネルと、同相関係にある一対の第3光信号を出力するための隣接する一対の第3出力チャネルと、同相関係にある一対の第4光信号を出力するための隣接する一対の第4出力チャネルとを備える多モード干渉カプラを用いて、八位相偏移変調信号光又は差分八位相偏移変調信号光を前記同相関係にある一対の第1光信号、前記同相関係にある一対の第2光信号、前記同相関係にある一対の第3光信号及び前記同相関係にある一対の第4光信号に変換し、
前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのうち、少なくとも2つの一対の出力チャネルの一方又は両方に設けられた位相制御領域によって、前記一対の第1光信号、前記一対の第2光信号、前記一対の第3光信号、前記一対の第4光信号の少なくとも2つの一対の光信号間の位相差を制御し、
前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有する第1の2:2光カプラを用いて、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のいずれかを、直交位相関係にある一対の第5光信号に変換し、
前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのうち、前記第1の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有する第2の2:2光カプラを用いて、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のうち、前記第1の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、45度位相関係にある一対の第6光信号に変換し、
前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのうち、前記第1の2:2光カプラ及び前記第2の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有する第3の2:2光カプラを用いて、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のうち、前記第1の2:2光カプラ及び前記第2の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、135度位相関係にある一対の第7光信号に変換し、
前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のいずれかの光信号と、前記第5光信号と、前記第6光信号と、前記第7光信号とを受信することを特徴とする光受信方法。
2,2A MMIカプラ(2:4MMIカプラ)
3 光カプラ(2:2MMIカプラ;第1の光カプラ)
4 光カプラ(2:2MMIカプラ;第2の光カプラ)
5 光カプラ(2:2MMIカプラ;第3の光カプラ)
3A〜5A 方向性結合器(2:2方向性結合器;光カプラ)
3B〜5B 二モード干渉カプラ(2:2二モード干渉カプラ;光カプラ)
6 位相制御領域(第1の位相制御領域)
7 位相制御領域(第2の位相制御領域)
8 位相制御領域(第3の位相制御領域)
9 位相シフタ
9A 幅狭テーパ導波路型位相シフタ
9B 幅広テーパ導波路型位相シフタ
10 InP基板
11 GaInAsPコア層
12 InPクラッド層
13 光半導体素子
14 位相制御領域(第4の位相制御領域)
20,20A コヒーレント光受信機
21A〜21D フォトダイオード(光電変換部;BPD)
22A〜22D AD変換回路(AD変換部)
23 デジタル演算回路(デジタル演算部)
24 局部発振光発生部(LO光源)
25 光遅延回路
26 1:2光カプラ
27A〜27D トランスインピーダンスアンプ(TIA)
Claims (10)
- 幅方向中心位置に対して対称な位置に設けられた一対の入力チャネルと、同相関係にある一対の第1光信号を出力するための隣接する一対の第1出力チャネルと、同相関係にある一対の第2光信号を出力するための隣接する一対の第2出力チャネルと、同相関係にある一対の第3光信号を出力するための隣接する一対の第3出力チャネルと、同相関係にある一対の第4光信号を出力するための隣接する一対の第4出力チャネルとを備え、八位相偏移変調信号光又は差分八位相偏移変調信号光を、前記同相関係にある一対の第1光信号、前記同相関係にある一対の第2光信号、前記同相関係にある一対の第3光信号及び前記同相関係にある一対の第4光信号に変換する多モード干渉カプラと、
前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有し、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のいずれかを、直交位相関係にある一対の第5光信号に変換する第1の2:2光カプラと、
前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのうち、前記第1の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有し、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のうち、前記第1の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、45度位相関係にある一対の第6光信号に変換する第2の2:2光カプラと、
前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのうち、前記第1の2:2光カプラ及び前記第2の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有し、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のうち、前記第1の2:2光カプラ及び前記第2の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、135度位相関係にある一対の第7光信号に変換する第3の2:2光カプラと、
前記第1の2:2光カプラ、前記第2の2:2光カプラ及び前記第3の2:2光カプラが接続されている3対の出力チャネルのうち、少なくとも2つの一対の出力チャネルの一方又は両方に設けられた位相制御領域とを備えることを特徴とする光ハイブリッド回路。 - 前記第1の2:2光カプラは、50:50の分岐比を有し、
前記第2の2:2光カプラ及び前記第3の2:2光カプラは、85:15の分岐比を有することを特徴とする、請求項1に記載の光ハイブリッド回路。 - 前記位相制御領域として、前記一対の第2出力チャネルの一方又は両方に設けられ、前記一対の第2光信号間の位相差が3π/8になるように位相を制御する第1の位相制御領域、前記一対の第3出力チャネルの一方又は両方に設けられ、前記一対の第3光信号間の位相差が5π/8になるように位相を制御する第2の位相制御領域、前記一対の第4出力チャネルの一方又は両方に設けられ、前記一対の第4光信号間の位相差が7π/8になるように位相を制御する第3の位相制御領域、及び、前記一対の第1出力チャネルの一方又は両方に設けられ、前記一対の第1光信号間の位相差がπ/8になるように位相を制御する第4の位相制御領域のうち、少なくとも2つの位相制御領域を備えることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光ハイブリッド回路。
- 前記多モード干渉カプラは、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に8つのチャネルを有する2:8多モード干渉カプラであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光ハイブリッド回路。
- 前記多モード干渉カプラは、入力側に8つのチャネルを有し、出力側に8つのチャネルを有する8:8多モード干渉カプラであり、前記入力側の8つのチャネルのうち幅方向中心位置に対して対称な位置に設けられた2つのチャネルが光を入力するための入力チャネルであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光ハイブリッド回路。
- 前記第1の2:2光カプラ、前記第2の2:2光カプラ及び前記第3の2:2光カプラは、多モード干渉カプラ、方向性結合器、二モード干渉カプラのいずれかであることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光ハイブリッド回路。
- 前記多モード干渉カプラの入力側の一のチャネルが、八位相偏移変調信号光を入力するための入力チャネルであり、
前記多モード干渉カプラの入力側の他のチャネルが、局部発振光を入力するための入力チャネルであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光ハイブリッド回路。 - 前記多モード干渉カプラの入力側の一のチャネルに接続された光遅延回路と、
前記光遅延回路及び前記多モード干渉カプラの入力側の他のチャネルに接続され、入力側に1つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有する1:2光カプラとを備え、
前記1:2光カプラの入力側のチャネルが、差分八位相偏移変調信号光を入力するための入力チャネルであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光ハイブリッド回路。 - 幅方向中心位置に対して対称な位置に設けられた一対の入力チャネルと、同相関係にある一対の第1光信号を出力するための隣接する一対の第1出力チャネルと、同相関係にある一対の第2光信号を出力するための隣接する一対の第2出力チャネルと、同相関係にある一対の第3光信号を出力するための隣接する一対の第3出力チャネルと、同相関係にある一対の第4光信号を出力するための隣接する一対の第4出力チャネルとを備え、八位相偏移変調信号光又は差分八位相偏移変調信号光を、前記同相関係にある一対の第1光信号、前記同相関係にある一対の第2光信号、前記同相関係にある一対の第3光信号及び前記同相関係にある一対の第4光信号に変換する多モード干渉カプラと、前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有し、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のいずれかを、直交位相関係にある一対の第5光信号に変換する第1の2:2光カプラと、前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのうち、前記第1の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有し、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のうち、前記第1の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、45度位相関係にある一対の第6光信号に変換する第2の2:2光カプラと、前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのうち、前記第1の2:2光カプラ及び前記第2の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有し、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のうち、前記第1の2:2光カプラ及び前記第2の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、135度位相関係にある一対の第7光信号に変換する第3の2:2光カプラと、前記第1の2:2光カプラ、前記第2の2:2光カプラ及び前記第3の2:2光カプラが接続されている3対の出力チャネルのうち、少なくとも2つの一対の出力チャネルの一方又は両方に設けられた位相制御領域とを備える光ハイブリッド回路と、
前記多モード干渉カプラから出力される前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のいずれかの光信号、前記第1の2:2光カプラから出力される前記第5光信号、前記第2の2:2光カプラから出力される前記第6光信号、及び、前記第3の2:2光カプラから出力される前記第7光信号を、アナログ電気信号に変換するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードから出力されるアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するAD変換回路と、
前記AD変換回路から出力されるデジタル電気信号を用いて演算処理を実行するデジタル演算回路とを備えることを特徴とする光受信機。 - 幅方向中心位置に対して対称な位置に設けられた一対の入力チャネルと、同相関係にある一対の第1光信号を出力するための隣接する一対の第1出力チャネルと、同相関係にある一対の第2光信号を出力するための隣接する一対の第2出力チャネルと、同相関係にある一対の第3光信号を出力するための隣接する一対の第3出力チャネルと、同相関係にある一対の第4光信号を出力するための隣接する一対の第4出力チャネルとを備える多モード干渉カプラを用いて、八位相偏移変調信号光又は差分八位相偏移変調信号光を前記同相関係にある一対の第1光信号、前記同相関係にある一対の第2光信号、前記同相関係にある一対の第3光信号及び前記同相関係にある一対の第4光信号に変換し、
前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのうち、少なくとも2つの一対の出力チャネルの一方又は両方に設けられた位相制御領域によって、前記一対の第1光信号、前記一対の第2光信号、前記一対の第3光信号、前記一対の第4光信号の少なくとも2つの一対の光信号間の位相差を制御し、
前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有する第1の2:2光カプラを用いて、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のいずれかを、直交位相関係にある一対の第5光信号に変換し、
前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのうち、前記第1の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有する第2の2:2光カプラを用いて、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のうち、前記第1の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、45度位相関係にある一対の第6光信号に変換し、
前記一対の第1出力チャネル、前記一対の第2出力チャネル、前記一対の第3出力チャネル及び前記一対の第4出力チャネルのうち、前記第1の2:2光カプラ及び前記第2の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルのいずれかに接続されており、入力側に2つのチャネルを有し、出力側に2つのチャネルを有する第3の2:2光カプラを用いて、前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のうち、前記第1の2:2光カプラ及び前記第2の2:2光カプラが接続されている出力チャネル以外の出力チャネルから出力される光信号のいずれかを、135度位相関係にある一対の第7光信号に変換し、
前記第1光信号、前記第2光信号、前記第3光信号及び前記第4光信号のいずれかの光信号と、前記第5光信号と、前記第6光信号と、前記第7光信号とを受信することを特徴とする光受信方法。
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