JP5619750B2 - 90度ハイブリッド - Google Patents
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Description
しかしながら、従来の90度ハイブリッドでは、出力される2つの信号光に伝搬損失および位相特性に差が生じることがある。このように90度ハイブリッドの出力光としての2つの信号光間に伝搬損失や位相特性に差が生じると、90度ハイブリッドの動作の不安定化に繋がってしまう。
Y分岐カプラは、分岐比に波長依存性がなく、製造時のばらつきも小さい上、カプラとしてのサイズが小さいため、90度ハイブリッド回路の入力側カプラとして最適である。一方波長無依存型方向性結合器は、分岐比が波長に対して一定で、製造時のばらつきも小さいため、90度ハイブリッド回路の出力側カプラとして最適である。この構成によれば、信号光と局所発振光をそれぞれ分岐する入力側カプラとしてY分岐カプラを用い、局所発振光と信号光を干渉させる出力側カプラとして波長無依存型方向性結合器を用いている。このため、小型化と波長無依存化が可能で、かつ広帯域で安定した動作が可能なPLC型90度ハイブリッドを実現することができる。
この構成によれば、各曲げ導波路の曲げ半径を固定にした条件で、四つのパラメータθ1、θ2、l1、l2を調整して、四つの経路の少なくとも一つの経路(第1の経路)の光路長を任意の光路長に調整できる。つまり、四つのパラメータを調整することにより、経路の光路長を自由に変えることができ、設計の自由度を拡大することができる。特に、各曲げ導波路の曲げ半径を、最適な値に固定するという条件が設定されている場合に、四つのパラメータを調整して経路の光路長を自由に変えることができるので、各種の仕様に応じた90度ハイブリッドの設計が容易になる。
この構成によれば、第1及び第2の90度ハイブリッド回路の一方の二つのY分岐カプラには、他方の90度ハイブリッド回路と同様に、上側のY分岐カプラに信号が、下側のY分岐カプラに局所発振光がそれぞれ入射する。その結果、第1の90度ハイブリッド回路より得られる出力光種別の並び順と、第2の90度ハイブリッド回路より得られる出力光種別の並び順とが、同じになるという効果が得られる。
PLC型90度ハイブリッドの各実施形態について説明する。
第1の実施形態に係るPLC型90度ハイブリッド1を図1乃至図3に基づいて説明する。PLC型90度ハイブリッド1は、図1に示すように、平面光波回路が形成されたPLCチップ3と、平面光波回路内に形成され、変調された信号光と局所発振光とを混合して信号光を直交成分I、Qに分離して出力する90度ハイブリッド回路41とを備える。
Pi = 2r(1−cosα)+Py
なお、ここではアーム導波路24〜27の曲げ導波路は同一の曲げ半径rを有する。
本実施形態の90度ハイブリッド回路41では、信号光とLO光をそれぞれ分岐する入力側カプラとしてY分岐カプラ20,21を用い、LO光と信号光を干渉させる出力側カプラとしてWINC22,23を用いている。このため、小型化と波長無依存化が可能で、かつ広帯域で安定した動作が可能なPLC型90度ハイブリッドを実現することができる。
なお、WINC22,23の代わりに、結合効率や過剰損の波長依存性の許容値によっては、90度ハイブリッドで方向性結合器(DC)やマルチモード干渉計(MMI)などの光カプラを用いてもよい。
次に、第2の実施形態に係るPLC型90度ハイブリッド1Aを図4に基づいて説明する。
次に、第3の実施形態に係るPLC型90度ハイブリッド1Bを図5に基づいて説明する。
次に、第4の実施形態に係るPLC型90度ハイブリッド1Cを図6に基づいて説明する。
ここでは、図4に示すPLC型90度ハイブリッド1Aと相違する構成を中心に説明する。入力ポートIn1に入射するX偏波のQPSK信号(X信号)が、X信号用導波路71を介して、90度ハイブリッド回路41の二つのY分岐カプラのうち、上側のY分岐カプラ20に入射するように構成されている。また、入力ポートIn2に入射するY偏波のQPSK信号(Y信号)が、Y信号用導波路72を介して90度ハイブリッド回路42の二つのY分岐カプラのうち、上側のY分岐カプラ20に入射するように構成されている。
図7は、上記90度ハイブリッド回路41,42を用いた応用例としてのPLC型DP-QPSK受信器80を示している。
上記各実施の形態で説明したPLC型90度ハイブリッド1,1A,1Bでは、PLCチップ3上に、少なくとも一つの90度ハイブリッド回路と、90度ハイブリッド回路に接続される導波路とを含む一組の受信回路を形成しているが、PLCチップ3上に複数組の受信回路を形成したPLC型90度ハイブリッドにも本発明は適用可能である。このように構成したPLC型90度ハイブリッドでは、複数組の受信回路のうちの最適な一つの受信回路を選択でき、歩留まりが向上し、更なるコストの低減を図ることができる。
Claims (10)
- 平面光波回路が形成されたPLCチップと、
前記平面光波回路内に形成され、変調された信号光と局所発振光とを混合して出力する90度ハイブリッド回路とを備え、
前記90度ハイブリッド回路は、
前記信号光を分岐する第1のY分岐カプラと、
前記局部発振光を分岐する第2のY分岐カプラと、
前記第1のY分岐カプラにより2つに分岐された信号光の一方と、前記第2のY分岐カプラにより2つに分岐された局所発振光の一方とを干渉させる第1の結合器と、
前記第1のY分岐カプラにより2つに分岐された信号光の他方と、前記第2のY分岐カプラにより2つに分岐された局所発振光の他方とを干渉させる第2の結合器と、
前記第1のY分岐カプラと前記第1の結合器とを接続し、前記2つに分岐された信号光の一方を伝搬させるための第1の経路であって、少なくとも1つの曲げ導波路と、少なくとも1つの直線導波路とを有する第1の経路と、
前記第1のY分岐カプラと前記第2の結合器とを接続し、前記2つに分岐された信号光の他方を伝搬させるための第2の経路であって、前記第1の経路と同数の曲げ導波路と、前記第1の経路と同数の直線導波路とを有する第2の経路と、
前記第2のY分岐カプラと前記第1の結合器とを接続し、前記2つに分岐された局所発振光の一方を伝搬させるための第3の経路と、
前記第2のY分岐カプラと前記第2の結合器とを接続し、前記2つに分岐された局所発振光の他方を伝搬させるための第4の経路とを有し、
前記第1の経路と前記第2の経路とは同じ光路長となるように構成され、
前記第3の経路と前記第4の経路とは、前記2つに分岐された局所発振光の一方と前記2つに分岐された局所発振光の他方との光路差が位相換算で90度となるように構成され、
前記第1の経路の前記少なくとも1つの曲げ導波路と前記第2の経路の前記同数の曲げ導波路とはそれぞれ対向して配置され、かつ前記第1の経路の前記少なくとも1つの直線導波路と前記第2の経路の前記同数の直線導波路とはそれぞれ対向して配置され、
前記第2の経路の前記同数の曲げ導波路は、それぞれ対向する前記第1の経路の前記少なくとも1つの曲げ導波路と同一の形状、または反転した形状であり、
前記第2の経路の前記同数の直線導波路は、それぞれ対向する前記第1の経路の前記少なくとも1つの直線導波路と同一の形状であることを特徴とする90度ハイブリッド。 - 前記第1の結合器および第2の結合器は、波長無依存型方向性結合器であることを特徴とする請求項1に記載の90度ハイブリッド。
- 前記信号光は、QPSK信号であり、
前記90度ハイブリッド回路として、
X偏波のQPSK信号と前記局所発振光とを混合して、QPSK信号を、該QPSK信号の電場の実部に対応した成分と虚部に対応した成分に分離して出力する第1の90度ハイブリッド回路と、Y偏波のQPSK信号と前記局所発振光とを混合して、QPSK信号を、該QPSK信号の電場の実部に対応した成分と虚部に対応した成分に分離して出力する第2の90度ハイブリッド回路とが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の90度ハイブリッド。 - 前記第1〜第4の経路の少なくとも一つの経路は、回転角+θ1の第1の曲げ導波路、長さl1の第1の直線導波路、回転角−θ1の第2の曲げ導波路、長さhの第2の直線導波路、回転角−θ2の第3の曲げ導波路、長さl2の第3の直線導波路、および回転角+θ2の第4の曲げ導波路を備えることを特徴とする請求項1に記載の90度ハイブリッド。
- 前記第2の経路と前記第3の経路とは交差しており、
前記第2の経路と前記第3の経路とが交差する交差角αは、60°〜90°の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の90度ハイブリッド。 - 前記第1および第2のY分岐カプラにそれぞれ接続された二つの入力ポートをさらに備え、
前記第3の経路および前記第4の経路は、少なくとも1つの曲げ導波路を有し、
前記第1〜第4の経路の曲げ導波路の曲げ半径は同一であり、
前記二つの入力ポート間のピッチPiは、前記交差角αと、前記曲げ半径rと、前記第1および第2のY分岐カプラの出力導波路間ピッチPyの値により、
Pi = 2r(1−cosφ) +Py
の式で一意に決定されることを特徴とする請求項5に記載の90度ハイブリッド。 - 前記第1〜第4の経路のうち、前記第3経路および第4経路の少なくとも一方の経路には、位相トリミング用のヒータが配置されていることを特徴とする請求項1に記載の90度ハイブリッド。
- 前記前記第1〜第4の経路の少なくとも一つの経路において、前記ヒータが配置される区間内の一部に、所定の長さの直線導波路が設けられていることを特徴とする請求項7に記載の90度ハイブリッド。
- 前記90度ハイブリッドに入射した信号光を前記第1のY分岐カプラに伝搬させるための信号用導波路と、
前記90度ハイブリッドに入射した局所発振光を前記第2の分岐カプラに伝搬させるための局発光用導波路とをさらに備え、
前記信号用導波路と前記局発光用導波路とは交差されており、
前記第1の90度ハイブリッド回路の第1のY分岐カプラおよび第2のY分岐カプラ、ならびに前記第2の90度ハイブリッド回路の第1のY分岐カプラおよび第2のY分岐カプラは、所定の方向に沿って同一の順番で配置されていることを特徴とする請求項3に記載の90度ハイブリッド。 - 前記X偏波のQPSK信号と前記Y偏波のQPSK信号との間の時間遅延を相殺するため、X偏波およびY偏波の各QPSK信号を伝搬する各導波路の導波路長および前記局所発振光を伝搬する各導波路の導波路長がそれぞれ等しいことを特徴とする請求項9に記載の90度ハイブリッド。
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