JP7293868B2 - 波長合分波素子、光送信装置及び光受信装置 - Google Patents

波長合分波素子、光送信装置及び光受信装置 Download PDF

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Description

本開示は、波長合分波素子、光送信装置及び光受信装置に関する。
近年、大容量インターコネクトに向けた有望な技術として、シリコン（Ｓｉ）フォトニクスプラットフォームに、波長多重（wavelength division multiplexing：ＷＤＭ）技術を導入して、光配線１本当りの伝送容量を大幅に向上させることが注目されている。Ｓｉチップ内にてＷＤＭ光信号を送受信するために、ＷＤＭ光信号を必要に応じて合波（ＭＵＸ）・分波（ＤｅＭＵＸ）させるＳｉ細線導波路型波長合分波素子が設けられる。
波長合分波素子に求められる条件としては、低損失性、低クロストークに加えて、動作波長帯域の拡大が重要となる。つまり、光源の波長精度緩和のためには、ＷＤＭ信号における波長間隔（チャネル間隔）Δνの拡大が強く求められる。その結果、波長合分波素子として動作する波長帯域の拡大が求められる。有効波長帯域の拡大は、ＷＤＭ波長数に相当する帯域幅の拡大のみならず、短波長側、長波長側への更なる帯域幅の確保を含む。有効波長帯域の拡大により、作製トレランスの更なる拡大が可能になる。
これまで、シリコン導波路型波長合分波素子として、リング共振器（microring resonator：ＭＲＲ）、遅延マッハ・ツェンダ干渉計（delay Mach-Zehnder interferometer：ＤＭＺＩ）、アレイ導波路格子（arrayed waveguide grating：ＡＷＧ）に基づくデバイスが報告されている。
しかしながら、従来の波長合分波素子では、近年の更なる有効波長帯域の拡大に十分に応えることが困難である。
特開２０１６－２１２１７３号公報
D．W．Kim，A．Barkai，R．Jones，N．Elek，H．Nguyen，and A．Liu，"Silicon-on-insulator eight-channel optical multiplexer based on a cascade of asymmetric Mach-Zehnder interferometers，"Optics Letters 33(5)，530-532 (2008) J．Van Campenhout，W．M．J．Green，S．Assefa，and Y．A．Vlasov，"Low-power，2×2 silicon electro-optic switch with 110-nm bandwidth for broadband reconfigurable optical networks，"Optics Express 17，24020-24029 (2009) F．Horst，W．M．J．Green，S．Assefa，S．M．Shank，Y．A．Vlasov and Bert Jan Offrein，"Cascaded Mach-Zehnder wavelength filters in silicon photonics for low loss and flat pass-band WDM (De-)Multiplexing，"Optics Express 21，11652-11658 (2013) S．-H．Jeong，S．Tanaka，T．Akiyama，S．Sekiguchi，Y．Tanaka，and K．Morito，"Flat-topped and low loss silicon-nanowire-type optical MUX/DeMUX employing multi-stage microring resonator assisted delayed Mach-Zehnder interferometers，"Optics Express 20，26000-26011 (2012)
本開示の目的は、有効波長帯域を更に拡大することができる波長合分波素子、光送信装置及び光受信装置を提供することにある。
本開示の一形態によれば、Ｎ段で（２Ｎ－１）個（Ｎは２以上の自然数）の遅延干渉計を有し、ｋ段目（ｋ＜Ｎ）の２ｋ－１個の前記遅延干渉計に、（ｋ＋１）段目の２ｋ個の前記遅延干渉計が縦接続され、前記遅延干渉計は、入出力ポートを備えた１対の光カプラと、前記１対の光カプラの間に接続され、光路長が互いに異なる第１のアーム導波路及び第２のアーム導波路と、前記第１のアーム導波路及び前記第２のアーム導波路の一方に設けられた位相補正領域と、を有し、前記光カプラは、１対の方向性結合器と、前記１対の方向性結合器の間に接続された第３のアーム導波路及び第４のアーム導波路と、前記第３のアーム導波路及び前記第４のアーム導波路の一方に設けられた位相シフタと、を有し、（ｋ＋１）段目の前記遅延干渉計における前記第１のアーム導波路の光路長と前記第２のアーム導波路の光路長との相違は、ｋ段目の前記遅延干渉計における前記第１のアーム導波路の光路長と前記第２のアーム導波路の光路長との相違の１／２であり、各段の前記遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は、各段の前記光カプラによる位相変動を相殺する値であり、前記遅延干渉計の個数は３個であり、前記位相シフタの位相シフト量をδφ Ｃｏｕｐ としたとき、１段目の前記遅延干渉計の前記位相補正領域の位相変化量は「＋δφ ＰＴ 」ラジアンであり、２段目の２個の前記遅延干渉計のうちの一方の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφ ＰＴ 」ラジアンであり、他方の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφ ＰＴ ＋０．５π」ラジアン又は「＋δφ ＰＴ －０．５π」ラジアンであり、δφ ＰＴ は「（－δφ Ｃｏｕｐ ×２）－｛（０．５π－δφ Ｃｏｕｐ ）×２｝」である波長合分波素子が提供される。
本開示によれば、有効波長帯域を更に拡大することができる。
第１の参考例の波長合分波素子の構成を示す図である。 第１の参考例の波長合分波素子のスペクトル特性を示す図である。 第１の参考例において出力チャネルＣｈ－１から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。 第１の参考例において出力チャネルＣｈ－２から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。 第１の参考例において出力チャネルＣｈ－３から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。 第１の参考例において出力チャネルＣｈ－４から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。 第１の実施形態に係る波長合分波素子の構成を示す図である。 第２の実施形態に係る波長合分波素子の構成を示す図である。 第２の実施形態に係る波長合分波素子を構成する光導波路の構造を示す断面図（その１）である。 第２の実施形態に係る波長合分波素子を構成する光導波路の構造を示す断面図（その２）である。 第２の実施形態に係る波長合分波素子を構成する光導波路の構造を示す断面図（その３）である。 光導波路の構造の変形例を示す断面図である。 第２の実施形態に係る波長合分波素子のスペクトル特性を示す図である。 第２の実施形態において出力チャネルＣｈ－１から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。 第２の実施形態において出力チャネルＣｈ－２から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。 第２の実施形態において出力チャネルＣｈ－３から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。 第２の実施形態において出力チャネルＣｈ－４から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。 第３の実施形態に係る波長合分波素子の構成を示す図である。 第４の実施形態に係る波長合分波素子の構成を示す図である。 第５の実施形態に係る波長合分波素子の構成を示す図である。 第５の実施形態における遅延干渉計のスペクトル特性とリング共振器のスペクトル特性との関係を示す図である。 第２の参考例の波長合分波素子の構成を示す図である。 帯域Ｒ１～Ｒ３の関係を示す図である。 第２の参考例の帯域Ｒ１のスペクトル特性を示す図である。 第２の参考例の帯域Ｒ２のスペクトル特性を示す図である。 第２の参考例の帯域Ｒ３のスペクトル特性を示す図である。 第３の参考例の帯域Ｒ１のスペクトル特性を示す図である。 第３の参考例の帯域Ｒ２のスペクトル特性を示す図である。 第３の参考例の帯域Ｒ３のスペクトル特性を示す図である。 第５の実施形態の帯域Ｒ１のスペクトル特性を示す図である。 第５の実施形態の帯域Ｒ２のスペクトル特性を示す図である。 第５の実施形態の帯域Ｒ３のスペクトル特性を示す図である。 第２の参考例の波長合分波素子の連続的な波長スペクトル特性を示す図である。 第５の実施形態に係る波長合分波素子の連続的な波長スペクトル特性を示す図である。 第６の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。 第６の実施形態の変形例に係る光送信装置の構成を示す図である。 第７の実施形態に係る光受信装置の構成を示す図である。 第７の実施形態の変形例に係る光受信装置の構成を示す図である。
（第１の参考例）
先ず、第１の参考例について説明する。図１は、第１の参考例の波長合分波素子の構成を示す図である。参考例の波長合分波素子は、１×４Ｃｈの遅延マッハ・ツェンダ干渉計（delayed Mach-Zehnder interferometer：ＤＭＺＩ）型の波長合分波素子である。
図１に示すように、参考例の波長合分波素子９００は、２段で３個の遅延干渉計９１０を有し、４個の出力チャネルＣｈ－１～Ｃｈ－４を有する。１段目の１個の遅延干渉計９１０（９１０Ａ）に、２段目の２個の遅延干渉計９１０（９１０Ｂ、９１０Ｃ）が縦接続されている。
遅延干渉計９１０は、入出力ポートを備えた１対の波長無依存光カプラ（wavelength insensitive coupler：ＷＩＮＣ）９３０、９４０と、１対のＷＩＮＣ９３０、９４０の間に接続された遅延線９２０とを有する。遅延線９２０は、光路長が互いに異なる第１のアーム導波路９２１及び第２のアーム導波路９２２を有し、第２のアーム導波路９２２に位相補正領域９２３が設けられている。
ＷＩＮＣ９３０は、１対の方向性結合器（directional coupler：ＤＣ）９３１、９３５と、１対のＤＣ９３１、９３５の間に接続された２本のアーム導波路９３２、９３３とを有する。ＷＩＮＣ９４０は、１対のＤＣ９４１、９４５と、１対のＤＣ９４１、９４５の間に接続された２本のアーム導波路９４２、９４３とを有する。アーム導波路９３３に位相シフタ９３４が設けられ、アーム導波路９４３に位相シフタ９４４が設けられている。位相シフタ９３４、９４４の位相シフト量は、＋０．４５π［ｒａｄ］～＋０．５０π［ｒａｄ］である。
なお、２段目の遅延干渉計９１０（９１０Ａ、９１０Ｂ）については、符号の記入を省略する。
２段目の遅延干渉計９１０における第１のアーム導波路９２１の光路長と第２のアーム導波路９２２の光路長との相違（遅延長）ΔＬ２は、１段目の遅延干渉計９１０における第１のアーム導波路９２１の光路長と第２のアーム導波路９２２の光路長との相違（遅延長）ΔＬ１の１／２である。遅延長ΔＬ１及びΔＬ２は、いずれも位相補正領域９２３による位相変化量に相当する遅延量を含まない。
そして、１段目の遅延干渉計９１０Ａの位相補正領域９２３の位相変化量（δφｚ１）は＋１．０π［ｒａｄ］である。２段目の２個の遅延干渉計９１０のうち、出力チャネルＣｈ－１～Ｃｈ－２に繋がる遅延干渉計９１０Ｂの位相補正領域９２３の位相変化量（δφｚ２）は０［ｒａｄ］である。２段目の２個の遅延干渉計９１０のうち、出力チャネルＣｈ－３～Ｃｈ－４に繋がる遅延干渉計９１０Ｂの位相補正領域９２３の位相変化量（δφｚ３）は＋０．５π［ｒａｄ］である。以下、位相変化量（δφＸ）に相当する遅延長をδＬ（δφＸ）と表す。
位相補正領域９２３を含めた、遅延干渉計９１０Ａの遅延線９２０における遅延長Ｌ１、遅延干渉計９１０Ｂの遅延線９２０における遅延長Ｌ２、遅延干渉計９１０Ｃの遅延線９２０における遅延長Ｌ３は、下記の数式（１）～（５）で表される。
Ｌ１＝ΔＬ１＋δＬ（δφｚ１）＝ΔＬ１＋δＬ（＋１．０π）・・・（１）
Ｌ２＝ΔＬ２＋δＬ（δφｚ２）＝ΔＬ２＋δＬ（０） ・・・（２）
Ｌ３＝ΔＬ２＋δＬ（δφｚ３）＝ΔＬ２＋δＬ（＋０．５π） ・・・（３）
ΔＬ２＝ΔＬ１／２ ・・・（４）
ΔＬ１＝（λＤＭＺＩ×ｍ）／Ｎｅｑ ・・・（５）
ここで、λＤＭＺＩ、ｍ及びＮｅｑは、それぞれ遅延干渉部の中心波長、回折次数及びＳｉ細線導波路の実効屈折率である。また、波長間隔（チャネル間隔）Δνは以下の数式（６）のように定まる。
Δν＝λＤＭＺＩ ２／（２×ＮＧｒ×ΔＬ１） ・・・（６）
ここで、ＮＧｒは伝搬する光の群速度により定義される群屈折率である。
８００ＧＨｚの周波数に相当する波長間隔Δν（１．５μｍ帯域で約６．４ｎｍ）のＷＤＭ信号を想定したときの第１の参考例の波長合分波素子９００のスペクトル特性を図２に示す。図２の横軸は中心波長からのずれを示している。図２に示すように、概ね１００ｎｍに及ぶ波長範囲において、ピーク透過損失を１ｄＢ以下に抑え、波長クロストークを－１５ｄＢ以下に抑えることができる。ピーク透過損失が１ｄＢ以下、かつ波長クロストークが－１５ｄＢ以下の波長帯域の幅を有効波長帯域幅と定義すると、第１の参考例の有効波長帯域幅Ｗは約１００ｎｍである。つまり、第１の参考例によれば、概ね１００ｎｍに及ぶ波長範囲において、過剰損を抑制しながら全ての出力チャネルの透過特性をほぼ一定に保つことできる。
しかしながら、１００ｎｍという有効波長帯域幅では、近年の更なる有効波長帯域幅の拡大に十分に応えることができない。そこで、本願発明者は、第１の参考例の構造では有効波長帯域幅が１００ｎｍに制限される理由を解明すべく、鋭意検討を行った。
第１の参考例の波長合分波素子９００では、図２に示すように、光波長成分に対して、短波長側から長波長側に向かってλ１、λ２、λ３、λ４と定義した場合、４つの出力チャネルＣｈ－１～Ｃｈ－４からλ２、λ３、λ１、λ４の順に出射する。これら出力チャネルＣｈ－１～Ｃｈ－４のそれぞれから出射される光波長成分のスペクトル特性を分析したところ、これらスペクトル特性に大きな歪みが存在することが明らかになった。図３Ａは、出力チャネルＣｈ－１から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。図３Ｂは、出力チャネルＣｈ－２から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。図３Ｃは、出力チャネルＣｈ－３から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。図３Ｄは、出力チャネルＣｈ－４から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。図３Ａ～図３Ｄに示すように、中心波長から±５０ｎｍを超えると、スペクトル特性に大きな歪みが含まれている。本願発明者は、このようなスペクトル特性の歪を解消すべく、更に鋭意検討を行い、下記の実施形態に想到した。
以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
（第１の実施形態）
第１の実施形態について説明する。図４は、第１の実施形態に係る波長合分波素子の構成を示す図である。第１の実施形態に係る波長合分波素子は、１×４Ｃｈの波長合分波素子である。
図４に示すように、第１の実施形態に係る波長合分波素子１００は、Ｎ段で（２Ｎ－１）個（Ｎは２以上の自然数）の遅延干渉計１１０を有する。ｋ段目（ｋ＜Ｎ）の２ｋ－１個の遅延干渉計１１０に、（ｋ＋１）段目の２ｋ個の遅延干渉計１１０が縦接続されている。ここでは、３個の遅延干渉計１１０を用いて２段構成の１×４Ｃｈの波長合分波素子１００が構成されている。
遅延干渉計１１０は、入出力ポートを備えた１対の光カプラ１３０、１４０と、１対の光カプラ１３０、１４０の間に接続された遅延線１２０とを有する。遅延線１２０は、光路長が互いに異なる第１のアーム導波路１２１及び第２のアーム導波路１２２を有し、第１のアーム導波路１２１及び第２のアーム導波路１２２の一方に、ここでは第２のアーム導波路１２２に、位相補正領域１２３が設けられている。
光カプラ１３０は、１対のＤＣ１３１、１３５と、１対のＤＣ１３１、１３５の間に接続された２本のアーム導波路１３２、１３３とを有する。光カプラは、１対のＤＣ１４１、１４５と、１対のＤＣ１４１、１４５の間に接続された２本のアーム導波路１４２、１４３とを有する。２本のアーム導波路１３２、１３３の一方に、ここではアーム導波路１３３に、位相シフタ１３４が設けられ、２本のアーム導波路１４２、１４３の一方に、ここではアーム導波路１４３に、位相シフタ１４４が設けられている。位相シフタ１３４、１４４の位相シフト量（δφＣｏｕｐ）は、例えば＋０．４５π［ｒａｄ］～＋０．５０π［ｒａｄ］である。
なお、２段目の遅延干渉計１１０については、符号の記入を省略する。
（ｋ＋１）段目の、ここでは２段目の、遅延干渉計１１０における第１のアーム導波路１２１の光路長と第２のアーム導波路１２２の光路長との相違ΔＬｋ＋１は、ｋ段目の遅延干渉計１１０における第１のアーム導波路１２１の光路長と第２のアーム導波路１２２の光路長との相違ΔＬｋの１／２である。遅延長ΔＬｋ及びΔＬｋ＋１は、いずれも位相補正領域２２３による位相変化量に相当する遅延量を含まない。
そして、各段の遅延干渉計１１０の位相補正領域１２３の位相変化量は、各段の光カプラ１３０、１４０による位相変動を相殺する値に設定されている。
第１の実施形態に係る波長合分波素子１００は、例えば、シリコンフォトニクス技術を応用して、ＳＯＩ（silicon on insulator）基板を用いて、埋め込み酸化層（ＢＯＸ層）上に設けた単結晶シリコン層を加工して形成することが典型的な形態である。
波長合分波素子１００を波長合波素子とし、２Ｎ個の半導体レーザ及び２Ｎ個の光変調器と組み合わせると光送信装置を構成することができる。
また、波長合分波素子１００を波長分波素子とし、２Ｎ個の受光素子と組わせると光受信素子を構成することができる。この場合、波長分割多重（wavelength division multiplexing：ＷＤＭ）信号光の偏波状態の影響を受けないようするためには、偏光ビームスプリタでＴＥ光とＴＭ光とに分け、ＴＭ光を偏光ローテータでＴＥ光に変換してから受光すればよく、その場合には、例えば２×２Ｎ個の受光素子が用いられる。
本開示によれば、光結合率の波長依存性を低減し、低損失性を確保し、例えば１６０ｎｍ以上の広波長帯域にて動作する波長合分波素子を実現することができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態に係る波長合分波素子の構成を示す図である。第２の実施形態に係る波長合分波素子は、１×４ＣｈのＤＭＺＩ型の波長合分波素子である。
図５に示すように、第２の実施形態に係る波長合分波素子２００は、２段で３個の遅延干渉計２１０を有し、４個の出力チャネルＣｈ－１～Ｃｈ－４を有する。１段目の１個の遅延干渉計２１０（２１０Ａ）に、２段目の２個の遅延干渉計２１０（２１０Ｂ、２１０Ｃ）が縦接続されている。
遅延干渉計２１０は、入出力ポートを備えた１対のＷＩＮＣ２３０、２４０と、１対のＷＩＮＣ２３０、２４０の間に接続された遅延線２２０とを有する。遅延線２２０は、光路長が互いに異なる第１のアーム導波路２２１及び第２のアーム導波路２２２を有し、第１のアーム導波路２２１及び第２のアーム導波路２２２の一方、ここでは第２のアーム導波路２２２、に位相補正領域２２３が設けられている。
ＷＩＮＣ２３０は、１対のＤＣ２３１、２３５と、１対のＤＣ２３１、２３５の間に接続された２本のアーム導波路２３２、２３３とを有する。ＷＩＮＣ２４０は、１対のＤＣ２４１、２４５と、１対のＤＣ２４１、２４５の間に接続された２本のアーム導波路２４２、２４３とを有する。２本のアーム導波路２３２、２３３の一方に、ここではアーム導波路２３３に、位相シフタ２３４が設けられ、２本のアーム導波路２４２、２４３の一方に、ここではアーム導波路２４３に、位相シフタ２４４が設けられている。位相シフタ２３４、２４４の位相シフト量（δφＣｏｕｐ）は、例えば＋０．４５π［ｒａｄ］～＋０．５０π［ｒａｄ］である。
なお、２段目の遅延干渉計２１０（２１０Ａ、２１０Ｂ）については、符号の記入を省略する。
２段目の遅延干渉計２１０における第１のアーム導波路２２１の光路長と第２のアーム導波路２２２の光路長との相違（遅延長）ΔＬ２は、１段目の遅延干渉計２１０における第１のアーム導波路２２１の光路長と第２のアーム導波路２２２の光路長との相違（遅延長）ΔＬ１の１／２である。遅延長ΔＬ１及びΔＬ２は、いずれも位相補正領域２２３による位相変化量に相当する遅延長を含まない。
そして、各段の遅延干渉計２１０の位相補正領域２２３の位相変化量は、各段のＷＩＮＣ２３０、２４０による位相変動を相殺する値である。例えば、１段目の遅延干渉計２１０Ａの位相補正領域２２３の位相変化量（δφａ１）は＋δφＰＴ［ｒａｄ］である。２段目の２個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－１～Ｃｈ－２に繋がる遅延干渉計２１０Ｂの位相補正領域２２３の位相変化量（δφａ２）は＋δφＰＴ［ｒａｄ］である。２段目の２個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－３～Ｃｈ－４に繋がる遅延干渉計２１０Ｃの位相補正領域１２３の位相変化量（δφａ３）は＋０．５π＋δφＰＴ［ｒａｄ］である。
位相補正領域２２３を含めた、遅延干渉計２１０Ａの遅延線２２０における遅延長Ｌ１、遅延干渉計２１０Ｂの遅延線１２０における遅延長Ｌ２、遅延干渉計２１０Ｃの遅延線１２０における遅延長Ｌ３は、下記の数式（７）～（９）で表される。
Ｌ１＝ΔＬ１＋δＬ（δφａ１）＝ΔＬ１＋δＬ（＋δφＰＴ） ・・・（７）
Ｌ２＝ΔＬ２＋δＬ（δφａ２）＝ΔＬ２＋δＬ（＋δφＰＴ） ・・・（８）
Ｌ３＝ΔＬ３＋δＬ（δφａ３）＝ΔＬ２＋δＬ（＋δφＰＴ＋０．５π） ・・・（９）
なお、δφＰＴは、遅延干渉計２１０の前後に位置するＷＩＮＣ２３０、２４０の内部での位相変動を抑制するための補正値であり、本願発明者によるシミュレーション等の結果、δφＰＴは、下記の数式（１０）で表すことができる。
δφＰＴ＝（－δφＣｏｕｐ×２）－｛（０．５π－δφＣｏｕｐ）×２｝
＝－１．０π［ｒａｄ］ ・・・（１０）
次に、第２の実施形態に係る波長合分波素子２００を構成する光導波路の構造について説明する。ここでは、光導波路の構造を、波長合分波素子２００の製造方法と共に説明する。図６Ａ～図６Ｃは、第２の実施形態に係る波長合分波素子２００を構成する光導波路の構造を示す断面図である。この方法では、Ｓｉフォトニクス技術を用いてＳＯＩ基板上に波長合分波素子２００を形成するが、ここでは、一つの導波路部の断面構造を参照しながら説明する。
まず、図６Ａに示すように、シリコン基板５１上に下部クラッド層となるＳｉＯ２膜５２を介して厚さが２２０ｎｍの単結晶シリコン層５３を設けたＳＯＩ基板を準備する。
次いで、図６Ｂに示すように、露光プロセスによって幅が４５０ｎｍの導波路ストライプ構造のレジストパターン５４を形成し、ドライエッチングを行ってコア層５５を形成してチャネル導波路構とする。
次いで、図６Ｃに示すように、レジストパターン５４を除去したのち、全面にＳｉＯ２膜５６を堆積することによって上部クラッド層とする。
なお、図７に示すように、コア層５５を形成する際に、５０ｎｍの高さのスラブ部５７を残すことによりリブ導波路構造としてもよい。このように、コア層５５の両脇にスラブ部５７を形成しておくと、電流注入により導波路の屈折率を変えることができる。
このように構成された波長合分波素子２００によれば、２つのＷＩＮＣ２３０、２４０にて生じる位相変動が補正され、スペクトル特性の歪を抑制し、広い有効波長帯域幅を得ることができる。
ここで、第１の参考例と比較しながら、遅延干渉計２１０、９１０の遅延線２２０、９２０における遅延長の関係について説明する。下記の表１に、位相補正領域２２３、９２３を含めた遅延線１２０、９２０における遅延長をまとめて示す。
Figure 0007293868000001
８００ＧＨｚの周波数に相当する波長間隔Δν（１．５μｍ帯域で約６．４ｎｍ）のＷＤＭ信号を想定すると、数式（４）～（６）から、ΔＬ１は約４４μｍ、ΔＬ２は約２２μｍとなる。また、＋１．０π［ｒａｄ］に相当する遅延長は約０．３３μｍであり、＋０．５π［ｒａｄ］に相当する遅延長は約０．１６μｍである。また、位相シフタ２３４、２４４の位相シフト量（δφＣｏｕｐ）が、例えば＋０．４６π［ｒａｄ］であるとすると、第１の実施形態における補正値（＋δφＰＴ）は＋１．０π［ｒａｄ］となり、これに相当する遅延長は約０．３３μｍである。
従って、第１の参考例では、遅延長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ約４４．３３μｍ、約２２μｍ、約２２．１６μｍとなる。また、第１の実施形態では、遅延長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ約４４．３３μｍ、約２２．３３μｍ、約２２．４９μｍとなる。
８００ＧＨｚの周波数に相当する波長間隔Δν（１．５μｍ帯域で約６．４ｎｍ）のＷＤＭ信号を想定したときの波長合分波素子１００のスペクトル特性を図８に示す。図８の横軸は中心波長からのずれを示している。また、図９Ａ～図９Ｄに、出力チャネルＣｈ－１～Ｃｈ－４から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す。図９Ａは、出力チャネルＣｈ－１から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。図９Ｂは、出力チャネルＣｈ－２から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。図９Ｃは、出力チャネルＣｈ－３から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。図９Ｄは、出力チャネルＣｈ－４から出射される光波長成分のスペクトル特性を示す図である。図９Ａ～図９Ｄに示すように、少なくとも、中心波長から±８０ｎｍ以内の範囲において、スペクトル特性の歪みが小さくなっている。そして、図８に示すように、概ね１６０ｎｍに及ぶ波長範囲において、ピーク透過損失を１ｄＢ以下に抑え、波長クロストークを－１５ｄＢ以下に抑えることができる。つまり、第２の実施形態によれば、概ね１６０ｎｍに及ぶ波長範囲において、過剰損を抑制しながら全ての出力チャネルの透過特性をほぼ一定に保つことできる。
このように、第２の実施形態によれば、有効波長帯域幅Ｗを拡大することができる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、遅延干渉計２１０を３段構成にして８波のＷＤＭ信号を合波する以外の基本的構成は上記の第２の実施形態と同様である。図１０は、第３の実施形態に係る波長合分波素子の構成を示す図である。第３の実施形態に係る波長合分波素子は、１×８ＣｈのＤＭＺＩ型の波長合分波素子である。
図１０に示すように、第３の実施形態に係る波長合分波素子３００は、３段で７個の遅延干渉計２１０を有し、８個の出力チャネルＣｈ－１～Ｃｈ－８を有する。３段目の遅延干渉計２１０における第１のアーム導波路２２１の光路長と第２のアーム導波路２２２の光路長との相違（遅延長）ΔＬ３は、２段目の遅延干渉計２１０における第１のアーム導波路２２１の光路長と第２のアーム導波路２２２の光路長との相違（遅延長）ΔＬ２の１／２である。２段目の遅延干渉計２１０における第１のアーム導波路２２１の光路長と第２のアーム導波路２２２の光路長との相違（遅延長）ΔＬ２は、１段目の遅延干渉計２１０における第１のアーム導波路２２１の光路長と第２のアーム導波路２２２の光路長との相違（遅延長）ΔＬ１の１／２である。遅延長ΔＬ１、ΔＬ２及びΔＬ３は、いずれも位相補正領域２２３による位相変化量に相当する遅延長を含まない。
そして、各段の遅延干渉計２１０の位相補正領域２２３の位相変化量は、各段のＷＩＮＣ２３０、２４０による位相変動を相殺する値である。例えば、１段目の遅延干渉計２１０Ａに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｂ１である。２段目の２個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－１～Ｃｈ－４に繋がる遅延干渉計２１０Ｂに含まれる位相補正領域２２３の位相変化量はδφｂ２である。２段目の２個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－５～Ｃｈ－８に繋がる遅延干渉計２１０Ｃに含まれる位相補正領域２２３の位相変化量はδφｂ３である。３段目の４個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－１～Ｃｈ－２に繋がる遅延干渉計２１０Ｄに含まれる位相補正領域２２３の位相変化量はδφｂ４である。３段目の４個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－３～Ｃｈ－４に繋がる遅延干渉計２１０Ｅに含まれる位相補正領域２２３の位相変化量はδφｂ５である。３段目の４個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－５～Ｃｈ－６に繋がる遅延干渉計２１０Ｆに含まれる位相補正領域２２３の位相変化量はδφｂ６である。３段目の４個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣ－７～Ｃｈ－８に繋がる遅延干渉計２１０Ｇに含まれる位相補正領域２２３の位相変化量はδφｂ７である。下記の表２に、各位相補正領域２２３における位相変化量δφｂ１～δφｂ７の一例を示す。
Figure 0007293868000002
また、下記の表３に、それぞれ位相変化量が表２に示すδφｂ１～δφｂ７の位相補正領域２２３を含めた、遅延線２２０における遅延長Ｌ１～Ｌ７を示す。
Figure 0007293868000003
このように構成された波長合分波素子３００によれば、波長合分波素子２００と同様に、２つのＷＩＮＣ２３０、２４０にて生じる位相変動が補正され、スペクトル特性の歪を抑制し、広い有効波長帯域幅を得ることができる。
（第４の実施形態）
第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、遅延干渉計２１０を４段構成にして１６波のＷＤＭ信号を合波する以外の基本的構成は上記の第１の実施形態と同様である。図１１は、第４の実施形態に係る波長合分波素子の構成を示す図である。第４の実施形態に係る波長合分波素子は、１×１６ＣｈのＤＭＺＩ型の波長合分波素子である。
図１１に示すように、第４の実施形態に係る波長合分波素子４００は、４段で１５個の遅延干渉計２１０を有し、１６個の出力チャネルＣｈ－１～Ｃｈ－１６を有する。４段目の遅延干渉計２１０における第１のアーム導波路２２１の光路長と第２のアーム導波路２２２の光路長との相違（遅延長）ΔＬ４は、３段目の遅延干渉計２１０における第１のアーム導波路２２１の光路長と第２のアーム導波路２２２の光路長との相違（遅延長）ΔＬ３の１／２である。３段目の遅延干渉計２１０における第１のアーム導波路２２１の光路長と第２のアーム導波路２２２の光路長との相違（遅延長）ΔＬ３は、２段目の遅延干渉計２１０における第１のアーム導波路２２１の光路長と第２のアーム導波路２２２の光路長との相違（遅延長）ΔＬ２の１／２である。２段目の遅延干渉計２１０における第１のアーム導波路２２１の光路長と第２のアーム導波路２２２の光路長との相違（遅延長）ΔＬ２は、１段目の遅延干渉計２１０における第１のアーム導波路２２１の光路長と第２のアーム導波路２２２の光路長との相違（遅延長）ΔＬ１の１／２である。遅延長ΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３及びΔＬ４は、いずれも位相補正領域２２３による位相変化量に相当する遅延長を含まない。
そして、各段の遅延干渉計２１０の位相補正領域２２３の位相変化量は、各段のＷＩＮＣ２３０、２４０による位相変動を相殺する値である。例えば、１段目の遅延干渉計２１０Ａに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ１である。２段目の２個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－１～Ｃｈ－８に繋がる遅延干渉計２１０Ｂに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ２である。２段目の２個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－９～Ｃｈ－１６に繋がる遅延干渉計２１０Ｃに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ３である。３段目の４個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－１～Ｃｈ－４に繋がる遅延干渉計２１０Ｄに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ４である。３段目の４個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－５～Ｃｈ－８に繋がる遅延干渉計２１０Ｅに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ５である。３段目の４個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－９～Ｃｈ－１２に繋がる遅延干渉計２１０Ｆに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ６である。３段目の４個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－１３～Ｃｈ－１６に繋がる遅延干渉計２１０Ｇに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ７である。
４段目の８個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－１～Ｃｈ－２に繋がる遅延干渉計２１０Ｈに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ８である。４段目の８個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－３～Ｃｈ－４に繋がる遅延干渉計２１０Ｉに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ９である。４段目の８個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－５～Ｃｈ－６に繋がる遅延干渉計２１０Ｊに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ１０である。４段目の８個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－７～Ｃｈ－８に繋がる遅延干渉計２１０Ｋに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ１１である。４段目の８個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－９～Ｃｈ－１０に繋がる遅延干渉計２１０Ｌに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ１２である。４段目の８個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－１１～Ｃｈ－１２に繋がる遅延干渉計２１０Ｍに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ１３である。４段目の８個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－１３～Ｃｈ－１４に繋がる遅延干渉計２１０Ｎに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ１４である。４段目の８個の遅延干渉計２１０のうち、出力チャネルＣｈ－１５～Ｃｈ－１６に繋がる遅延干渉計２１０Ｏに含まれる位相補正領域２２３の位相シフト量はδφｃ１５である。下記の表４に、各位相補正領域２２３における位相シフト量δφｃ１～δφｃ１５の一例を示す。
Figure 0007293868000004
また、下記の表５に、それぞれ位相シフト量が表４に示すδφｃ１～δφｃ１５の位相補正領域２２３を含めた、遅延線２２０における遅延長Ｌ１～Ｌ１５を示す。
Figure 0007293868000005
このように構成された波長合分波素子４００によれば、波長合分波素子２００と同様に、２つのＷＩＮＣ２３０、２４０にて生じる位相変動が補正され、スペクトル特性の歪を抑制し、広い有効波長帯域幅を得ることができる。
（第５の実施形態）
第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、リング共振器を含む点で第１の実施形態と相違する。適切なリング共振器を含むことで、スペクトル特性を平坦化することができる。図１２は、第５の実施形態に係る波長合分波素子の構成を示す図である。第５の実施形態に係る波長合分波素子は、１×４ＣｈのＤＭＺＩ型の波長合分波素子である。
図１２に示すように、第５の実施形態に係る波長合分波素子５００では、遅延干渉計２１０が、第１のアーム導波路２２１及び第２のアーム導波路２２２のうちで短い方の第１のアーム導波路２２１に近接するループ導波路２２４を有する。ループ導波路２２４は、第１のアーム導波路２２１と共にリング共振器２２５を構成する。１段目の遅延干渉計２１０Ａには、ループ導波路２２４Ａが設けられ、リング共振器２２５Ａが構成されている。２段目の遅延干渉計２１０Ｂには、ループ導波路２２４Ｂが設けられ、リング共振器２２５Ｂが構成されている。２段目の遅延干渉計２１０Ｃには、ループ導波路２２４Ｃが設けられ、リング共振器２２５Ｃが構成されている。
各遅延干渉計２１０において、ループ導波路２２４の周回長は、第１のアーム導波路２１１と第２のアーム導波路との間の光路長の相違（遅延長）の約２倍である。例えば、ループ導波路２２４の周回長を調整することで、第１のアーム導波路２１１と第２のアーム導波路との間の光路長の相違（遅延長）の約２倍とすることができる。
また、各遅延干渉計２１０において、第１のアーム導波路２２１の光路長と、第２のアーム導波路２２２の光路長と、ループ導波路２２４の周回長とが、ＷＩＮＣ１３０、１４０に入出力される複数の光信号の波長及びチャネル間隔に応じて、当該遅延干渉計２１０の透過スペクトル特性に対して、リング共振器２２５の透過スペクトル特性が非共振条件を満たす。
例えば、遅延干渉計２１０Ａでは、リング共振器２２５Ａの中心波長λＭＲＲＡが、遅延干渉計２１０Ａのチャネル間隔（チャネルグリッド）から＋１．０π［ｒａｄ］又は－１．０π［ｒａｄ］だけずれている。遅延干渉計２１０Ｂでは、リング共振器２２５Ｂの中心波長λＭＲＲＢが、遅延干渉計２１０Ｂのチャネル間隔（チャネルグリッド）から＋１．０π［ｒａｄ］又は－１．０π［ｒａｄ］だけずれている。遅延干渉計２１０Ｃでは、リング共振器２２５Ｃの中心波長λＭＲＲＣが、遅延干渉計２１０Ｃのチャネル間隔（チャネルグリッド）から＋１．０π［ｒａｄ］又は－１．０π［ｒａｄ］だけずれている。遅延長ΔＬ２が遅延長ΔＬ１の１／２であるため、遅延干渉計２１０Ｂ及び２１０Ｃでは、スペクトルの繰り返し周波数（free spectral range：ＦＳＲ）が遅延干渉計２１０ＡにおけるスペクトルのＦＳＲの２倍になっている。図１３に、これらの関係の概要を示す。図１３中のＣＧはチャネルグリッドを示し、遅延干渉計２１０Ａにおけるスペクトルのうち実線は遅延干渉計２１０Ｂに繋がる導波路に出力される光のスペクトルを示し、破線は遅延干渉計２１０Ｃに繋がる導波路に出力される光のスペクトルを示す。
例えば、ループ導波路２２４Ａの周回長Ｌ２２４Ａは、ΔＬ１×２＋δＬ（＋１．０π）である。ループ導波路２２４Ｂの周回長Ｌ２２４Ｂは、ΔＬ２×２＋δＬ（＋１．０π）である。ループ導波路２２４Ｃの周回長Ｌ２２４Ｃは、ΔＬ２×２＋δＬ（－０．５π）である。
ループ導波路２２４と第１のアーム導波路２２１との間の光結合率は８０％以上であることが好ましい。この光結合器は９０％以下でもよい。ループ導波路２２４と第１のアーム導波路２２１との間の光結合率は、例えば、ループ導波路２２４と第１のアーム導波路２２１との間の距離や近接する部分の長さを調整することで、容易に８０％以上９０％以下とすることができる。
ここで、第２の参考例及び第３の参考例と比較しながら、第５の実施形態の効果について説明する。図１４は、第２の参考例の波長合分波素子の構成を示す図である。
図１４に示すように、第２の参考例の波長合分波素子８００では、第１の参考例の波長合分波素子９００のＷＩＮＣ９３０、９４０に代えてＤＣ８３０、８４０が設けられている。ＤＣ８３０、８４０の光結合率は５０％程度である。第１のアーム導波路９２１に近接し、第１のアーム導波路９２１と共にリング共振器８２５を構成するループ導波路８２４が設けられている。リング共振器８２５におけるＦＳＲは遅延干渉計９１０のチャネル間隔に一致している。また、リング共振器８２５の中心波長は遅延干渉計９１０のチャネル間隔からπ／２ラジアンほどずれている。位相補正領域９２３は設けられていない。
第３の参考例の波長合分波素子では、第２の参考例の波長合分波素子８００のＤＣ８３０、８４０に代えてＷＩＮＣ９３０、９４０が設けられ、波長合分波素子８００に、第１の参考例の位相補正領域９２３が加えられた構造を有する。
４００ＧＨｚの周波数に相当する波長間隔Δν（１．５５μｍ帯域で約３．２ｎｍ）のＷＤＭ信号を想定したときの、第５の実施形態、第２の参考例、第３の参考例のスペクトル特性は次のようになる。ここでは、図１５に示す、中心波長λ０から±１００ｎｍ以内の波長帯域内の３つの帯域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のスペクトル特性を示す。帯域Ｒ１は、中心波長λ０からのずれが－１０ｎｍ～＋１０ｎｍの帯域である。帯域Ｒ２は、ずれが＋３０ｎｍ～＋５０ｎｍの帯域である。帯域Ｒ３は、ずれが＋７０ｎｍ～＋９０ｎｍの帯域である。－５０ｎｍ～－３０ｎｍの帯域では、帯域Ｒ２と対称のスペクトル特性が得られ、－９０ｎｍ～－７０ｎｍの帯域では、帯域Ｒ３と対称のスペクトル特性が得られる。
図１６Ａは、第２の参考例の帯域Ｒ１のスペクトル特性を示す図である。図１６Ｂは、第２の参考例の帯域Ｒ２のスペクトル特性を示す図である。図１６Ｃは、第２の参考例の帯域Ｒ３のスペクトル特性を示す図である。図１６Ａ～図１６Ｃに示すように、第２の参考例では、帯域Ｒ２において波長クロストークが大幅に劣化する。このため、第２の参考例では、スペクトル特性の対称性を考慮しても、有効波長帯域幅は４０ｎｍ程度にとどまる。
図１７Ａは、第３の参考例の帯域Ｒ１のスペクトル特性を示す図である。図１７Ｂは、第３の参考例の帯域Ｒ２のスペクトル特性を示す図である。図１７Ｃは、第３の参考例の帯域Ｒ３のスペクトル特性を示す図である。図１７Ａ～図１７Ｃに示すように、第３の参考例でも、帯域Ｒ２で波長クロストークが劣化する。また、第３の参考例では、帯域Ｒ２で、ピーク透過損失が増大し、スペクトル特性の形状がいびつに劣化する。
図１８Ａは、第５の実施形態の帯域Ｒ１のスペクトル特性を示す図である。図１８Ｂは、第５の実施形態の帯域Ｒ２のスペクトル特性を示す図である。図１８Ｃは、第５の実施形態の帯域Ｒ３のスペクトル特性を示す図である。図１８Ａ～図１８Ｃに示すように、帯域Ｒ２においても、ピーク透過損失及び波長クロストークが抑制されている。帯域Ｒ３において、波長クロストークが若干生じているが、スペクトルの平坦性は維持されている。
図１９に、第２の参考例の連続的な波長スペクトル特性を示し、図２０に、第５の実施形態の連続的な波長スペクトル特性を示す。図１９に示すように、第２の参考例の有効波長帯域幅は４０ｎｍ程度である。一方、第５の実施形態によれば、良好な平坦性を備えたスペクトル特性を得ながら、少なくとも１２０ｎｍの有効波長帯域幅を得ることができる。つまり、第５の実施形態によれば、良好な平坦性を備えたスペクトル特性を得ながら、第２の参考例の３倍程度の有効波長帯域幅を得ることができる。
なお、第３、第４の実施形態に含まれる遅延干渉計２１０が、第５の実施形態と同様に、リング共振器２２５を含んでいてもよい。
（第６の実施形態）
第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、第１の実施形態の波長合分波素子１００を備えた光送信装置に関する。図２１は、第６の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。
図２１に示すように、第６の実施形態に係る光送信装置６００は、発振波長が互いに異なる４つの半導体レーザ（laser diode：ＬＤ）８１～８４と、変調器（modulator：ＭＯＤ）９１～９４と、ＤＭＺＩ型波長合波素子６０１とを有する。ＬＤ８１～８４が並べて配置され、ＭＯＤ９１～９４は、それぞれＬＤ８１～８４が発したレーザ光を変調する。ＤＭＺＩ型波長合波素子６０１は、第１の実施形態に係る波長合分波素子１００であり、ＭＯＤ９１～９４による変調後の光を合波する。
光送信装置６００においては、ＤＭＺＩ型波長合波素子６０１として波長合分波素子１００が用いられる。従って、光源における波長ズレや温度変動に優れた耐性を持つよう、Δνを広げても、或いは、波長数（チャネル数）を増大しても、波長合波素子としての特性劣化を最低限に抑えることができ、波長多重信号の光送信を安定かつ安価で行うことができる。なお、波長合分波素子１００に代えて、第２～第４の実施形態に係る波長合分波素子２００、３００、４００が用いられてもよい。ＷＤＭ光信号が８チャネル等の場合にはチャネルの数に応じてＤＭＺＩ型波長合波素子６０１のチャネル数を代えればよい。
（第６の実施形態の変形例）
第６の実施形態の変形例について説明する。図２２は、第６の実施形態の変形例に係る光送信装置の構成を示す図である。
図２２に示すように、第６の実施形態の変形例に係る光送信装置６１０は、ＤＭＺＩ型波長合波素子６０１に代えてＤＭＺＩ型波長合波素子６１１を有する。ＤＭＺＩ型波長合波素子６１１は、第５の実施形態に係る波長合分波素子５００であり、ＭＯＤ９１～９４による変調後の光を合波する。
光送信装置６１０においては、ＤＭＺＩ型波長合波素子６１１として波長合分波素子５００が用いられる。このため、スペクトル特性を平坦化することができ、光源に対する波長精度や環境温度変動による特性劣化の耐性を向上でき、波長多重信号の光送信を安定かつ安価で行うことができる。
（第７の実施形態）
第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は、第１の実施形態の波長合分波素子１００を備えた光受信装置に関する。図２３は、第７の実施形態に係る光受信装置の構成を示す図である。
図２３に示すように、第７の実施形態に係る光受信装置７００は、光インタフェース（optical interface：ＯＩ）６１と、偏光ビームスプリッタ（polarization beam splitter：ＰＢＳ）６２と、偏光ローテータ（polarization rotator：ＰＲ）６３とを有する。光受信装置７００は、更に、第１の光導波路６４と、第２の光導波路６５と、ＤＭＺＩ型波長分波素子７０１Ａと、ＤＭＺＩ型波長分波素子７０１Ｂと、４つの受光器（photo detector：ＰＤ）７１Ａ～７４Ａと、４つのＰＤ７１Ｂ～７４Ｂとを有する。
ＯＩ６１は、ＷＤＭ光信号をシリコン導波路へ結合させる。ＯＩ６１としては、例えばスポットサイズ変換部やグレーティングカプラ等を用いることができる。ＰＢＳ６２は、ＴＥ・ＴＭモードの偏波成分へ分離する。
ＰＢＳ６２により分離されたＴＥモードの光信号は第１の光導波路６４を介してＤＭＺＩ型波長分波素子７０１Ａに入力される。ＰＢＳ６２により分離されたＴＭモードの光信号は第２の光導波路６５を介してＰＲ６３に入力され、ＰＲ６３がＴＥモードへ変換し、変換後の光信号がＤＭＺＩ型波長分波素子７０１Ｂに入力される。
ＤＭＺＩ型波長分波素子７０１Ａ、７０１Ｂは、いずれも第１の実施形態に係る波長合分波素子１００であり、波長信号毎に分波する。そして、ＤＭＺＩ型波長分波素子７０１Ａにより分波された４チャネルの光信号がＰＤ７１Ａ～７４Ａにより検波され、ＤＭＺＩ型波長分波素子７０１Ｂにより分波された４チャネルの光信号がＰＤ７１Ｂ～７４Ｂにより検波される。なお、本実施形態では、各波長成分を８個のＰＤ７１Ａ～７４Ａ及び７１Ｂ～７４Ｂで検波しているが、同じ波長成分の信号光は、対向する２面を受光面とする各１個のＰＤで検波するようにしても良い。
光受信装置７００においては、ＤＭＺＩ型波長分波素子７０１Ａ、７０１Ｂとして波長合分波素子１００が用いられる。従って、光源における波長ズレや温度変動に優れた耐性を持つよう、Δνを広げても、或いは、波長数（チャネル数）を増大しても、波長合分波素子としての特性劣化を最低限に抑えることができる。その結果、受光器によりＷＤＭ光信号を検波する際に、光リンクにおけるパワーペナルティを最低限に抑えることができる。なお、波長合分波素子１００に代えて、第２～第４の実施形態に係る波長合分波素子２００、３００、４００が用いられてもよい。ＷＤＭ光信号が８チャネル等の場合にはチャネルの数に応じてＤＭＺＩ型波長分波素子７０１Ａ、７０１Ｂのチャネル数を代えればよい。なお、ここでは、光の偏波状態の影響を受けないように偏光ローテータを用いてＴＥ光のみを検波しているが、波長合分波素子の動作を偏光無依存性化すれば、ＷＤＭ光信号をそのまま波長合分波素子に入射してもよい。その場合には、波長合分波素子は１個でよい。
（第７の実施形態の変形例）
第７の実施形態の変形例について説明する。図２４は、第７の実施形態の変形例に係る光受信装置の構成を示す図である。
図２４に示すように、第７の実施形態の変形例に係る光受信装置７１０は、ＤＭＺＩ型波長分波素子７０１Ａ、７０１Ｂに代えてＤＭＺＩ型波長分波素子７１１Ａ、７１１Ｂを有する。ＤＭＺＩ型波長分波素子７１１Ａ、７１１Ｂは、第５の実施形態に係る波長合分波素子５００であり、波長信号毎に分波する。
光受信装置７１０においては、ＤＭＺＩ型波長分波素子７１１Ａ、７１１Ｂとして波長合分波素子５００が用いられる。このため、スペクトル特性を平坦化することができ、光源に対する波長精度や環境温度変動による特性劣化の耐性を向上でき、波長多重信号の光送信を安定かつ安価で行うことができる。
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
Ｎ段で（２Ｎ－１）個（Ｎは２以上の自然数）の遅延干渉計を有し、
ｋ段目（ｋ＜Ｎ）の２ｋ－１個の前記遅延干渉計に、（ｋ＋１）段目の２ｋ個の前記遅延干渉計が縦接続され、
前記遅延干渉計は、
入出力ポートを備えた１対の光カプラと、
前記１対の光カプラの間に接続され、光路長が互いに異なる第１のアーム導波路及び第２のアーム導波路と、
前記第１のアーム導波路及び前記第２のアーム導波路の一方に設けられた位相補正領域と、
を有し、
前記光カプラは、
１対の方向性結合器と、
前記１対の方向性結合器の間に接続された第３のアーム導波路及び第４のアーム導波路と、
前記第３のアーム導波路及び前記第４のアーム導波路の一方に設けられた位相シフタと、
を有し、
（ｋ＋１）段目の前記遅延干渉計における前記第１のアーム導波路の光路長と前記第２のアーム導波路の光路長との相違は、ｋ段目の前記遅延干渉計における前記第１のアーム導波路の光路長と前記第２のアーム導波路の光路長との相違の１／２であり、
各段の前記遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は、各段の前記光カプラによる位相変動を相殺する値であることを特徴とする波長合分波素子。
（付記２）
前記遅延干渉計の個数は３個であり、
前記位相シフタの位相シフト量をδφＣｏｕｐとしたとき、
１段目の前記遅延干渉計の前記位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、
２段目の２個の前記遅延干渉計のうちの一方の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、他方の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．５π」ラジアン又は「＋δφＰＴ－０．５π」ラジアンであり、
δφＰＴは「（－δφＣｏｕｐ×２）－｛（０．５π－δφＣｏｕｐ）×２｝」であることを特徴とする付記１に記載の波長合分波素子。
（付記３）
前記遅延干渉計の個数は７個であり、
前記位相シフタの位相シフト量をδφＣｏｕｐとしたとき、
１段目の前記遅延干渉計の前記位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、
２段目の２個の前記遅延干渉計のうちの一方の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、他方の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．５π」ラジアン又は「＋δφＰＴ－０．５π」ラジアンであり、
３段目の４個の前記遅延干渉計のうちの１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ－０．２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．２５π」ラジアンであり、
δφＰＴは「（－δφＣｏｕｐ×２）－｛（０．５π－δφＣｏｕｐ）×２｝」であることを特徴とする付記１に記載の波長合分波素子。
（付記４）
前記遅延干渉計の個数は８個であり、
前記位相シフタの位相シフト量をδφＣｏｕｐとしたとき、
１段目の前記遅延干渉計の前記位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、
２段目の２個の前記遅延干渉計のうちの一方の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、他方の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．５π」ラジアン又は「＋δφＰＴ－０．５π」ラジアンであり、
３段目の４個の前記遅延干渉計のうちの１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ－０．２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．２５π」ラジアンであり、
４段目の８個の前記遅延干渉計のうちの１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ－０．２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．１２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．６２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ－０．１２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．３７５π」ラジアンであり、
δφＰＴは「（－δφＣｏｕｐ×２）－｛（０．５π－δφＣｏｕｐ）×２｝」であることを特徴とする付記１に記載の波長合分波素子。
（付記５）
前記第１のアーム導波路の光路長は前記第２のアーム導波路の光路長よりも短く、
前記遅延干渉計は、前記第１のアーム導波路と共にリング共振器を構成するループ導波路を有し、
前記遅延干渉計の各々において、前記第１のアーム導波路の光路長と、前記第２のアーム導波路の光路長と、前記ループ導波路の周回長とが、前記光カプラに入出力される複数の光信号の波長及びチャネル間隔に応じて、当該遅延干渉計の透過スペクトル特性に対して、前記リング共振器の透過スペクトル特性が非共振条件を満たすことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の波長合分波素子。
（付記６）
前記第１のアーム導波路と前記ループ導波路との間の光結合率が８０％以上であることを特徴とする付記５に記載の波長合分波素子。
（付記７）
付記１乃至６のいずれか１項に記載の１個の波長合分波素子と、
互いに異なる波長で発振する２Ｎ個の半導体レーザ素子と、
２Ｎ個の前記半導体レーザ素子からの各波長の光を変調する２Ｎ個の光変調器と、
を有し、
２Ｎ個の前記光変調器は、前記波長合分波素子のＮ段目の遅延干渉計の光カプラの開放端側の２Ｎ個の入出力ポートに接続されることを特徴とする光送信装置。
（付記８）
互いに異なる波長を有する複数の光信号を含む波長多重光信号を伝搬する入力光導波路と、
前記入力光導波路に一方の端部に接続されて偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタの他端に接続されてＴＥモード光が入力される第１の光導波路及びＴＭモード光が入力される第２の光導波路と、
前記第２の光導波路の途中に挿入された偏光ローテータと、
付記１乃至６のいずれか１項に記載の２個の波長合分波素子と、
前記２個の波長合分波素子のうちの一方の波長合分波素子のＮ段目の遅延干渉計の光カプラの開放端側の２Ｎ個の入出力ポートに接続された２Ｎ個の受光器と、
２個の前記波長合分波素子のうちの他方の波長合分波素子のＮ段目の遅延干渉計の光カプラの開放端側の２Ｎ個の入出力ポートに接続された２Ｎ個の受光器と、
を有し、
前記波長合分波素子のうちの一方の波長合分波素子の１段目の遅延干渉計の光カプラの開放端側の一つの入出力ポートに前記第１の光導波路が接続されるとともに、
前記波長合分波素子のうちの他方の波長合分波素子の１段目の遅延干渉計の光カプラの開放端側の一つの入出力ポートに前記第２の光導波路が接続されることを特徴とする光受信装置。
１００、２００、３００、４００、５００、６０１、６１１、７０１Ａ、７０１Ｂ、７１１Ａ、７１１Ｂ：波長合分波素子
６１：光インタフェース
６２：偏光ビームスプリッタ
６３：偏光ローテータ
７１Ａ、７１Ｂ、７２Ａ、７２Ｂ、７３Ａ、７３Ｂ、７４Ａ、７４Ｂ：受光器
８１、８２、８３、８４：半導体レーザ
９１、９２、９３、９４：変調器
１１０、２１０：遅延干渉計
１２０、２２０：遅延線
１２１、２２１：第１のアーム導波路
１２２、２２２：第２のアーム導波路
１２３、２２３：位相補正領域
１３０、１４０：光カプラ
１３１、１３５、１４１、１４５：方向性結合器
１３２、１３３、１４２、１４３、２３２、２３３、２４２、２４３：アーム導波路
１３４、１４４、２３４、２４４：位相シフタ
２２４：ループ導波路
２２５：リング共振器
２３０、２４０：波長無依存光カプラ
６００、６１０：光送信装置
７００、７１０：光受信装置

Claims (6)

  1. Ｎ段で（２ Ｎ －１）個（Ｎは２以上の自然数）の遅延干渉計を有し、
    ｋ段目（ｋ＜Ｎ）の２ ｋ－１ 個の前記遅延干渉計に、（ｋ＋１）段目の２ ｋ 個の前記遅延干渉計が縦接続され、
    前記遅延干渉計は、
    入出力ポートを備えた１対の光カプラと、
    前記１対の光カプラの間に接続され、光路長が互いに異なる第１のアーム導波路及び第２のアーム導波路と、
    前記第１のアーム導波路及び前記第２のアーム導波路の一方に設けられた位相補正領域と、
    を有し、
    前記光カプラは、
    １対の方向性結合器と、
    前記１対の方向性結合器の間に接続された第３のアーム導波路及び第４のアーム導波路と、
    前記第３のアーム導波路及び前記第４のアーム導波路の一方に設けられた位相シフタと、
    を有し、
    （ｋ＋１）段目の前記遅延干渉計における前記第１のアーム導波路の光路長と前記第２のアーム導波路の光路長との相違は、ｋ段目の前記遅延干渉計における前記第１のアーム導波路の光路長と前記第２のアーム導波路の光路長との相違の１／２であり、
    各段の前記遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は、各段の前記光カプラによる位相変動を相殺する値であり、
    前記遅延干渉計の個数は３個であり、
    前記位相シフタの位相シフト量をδφＣｏｕｐとしたとき、
    １段目の前記遅延干渉計の前記位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、
    ２段目の２個の前記遅延干渉計のうちの一方の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、他方の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．５π」ラジアン又は「＋δφＰＴ－０．５π」ラジアンであり、
    δφＰＴは「（－δφＣｏｕｐ×２）－｛（０．５π－δφＣｏｕｐ）×２｝」である
    ことを特徴とする波長合分波素子。
  2. Ｎ段で（２ Ｎ －１）個（Ｎは２以上の自然数）の遅延干渉計を有し、
    ｋ段目（ｋ＜Ｎ）の２ ｋ－１ 個の前記遅延干渉計に、（ｋ＋１）段目の２ ｋ 個の前記遅延干渉計が縦接続され、
    前記遅延干渉計は、
    入出力ポートを備えた１対の光カプラと、
    前記１対の光カプラの間に接続され、光路長が互いに異なる第１のアーム導波路及び第２のアーム導波路と、
    前記第１のアーム導波路及び前記第２のアーム導波路の一方に設けられた位相補正領域と、
    を有し、
    前記光カプラは、
    １対の方向性結合器と、
    前記１対の方向性結合器の間に接続された第３のアーム導波路及び第４のアーム導波路と、
    前記第３のアーム導波路及び前記第４のアーム導波路の一方に設けられた位相シフタと、
    を有し、
    （ｋ＋１）段目の前記遅延干渉計における前記第１のアーム導波路の光路長と前記第２のアーム導波路の光路長との相違は、ｋ段目の前記遅延干渉計における前記第１のアーム導波路の光路長と前記第２のアーム導波路の光路長との相違の１／２であり、
    各段の前記遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は、各段の前記光カプラによる位相変動を相殺する値であり、
    前記遅延干渉計の個数は７個であり、
    前記位相シフタの位相シフト量をδφＣｏｕｐとしたとき、
    １段目の前記遅延干渉計の前記位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、
    ２段目の２個の前記遅延干渉計のうちの一方の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、他方の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．５π」ラジアン又は「＋δφＰＴ－０．５π」ラジアンであり、
    ３段目の４個の前記遅延干渉計のうちの１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ－０．２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．２５π」ラジアンであり、
    δφＰＴは「（－δφＣｏｕｐ×２）－｛（０．５π－δφＣｏｕｐ）×２｝」である
    ことを特徴とする波長合分波素子。
  3. Ｎ段で（２ Ｎ －１）個（Ｎは２以上の自然数）の遅延干渉計を有し、
    ｋ段目（ｋ＜Ｎ）の２ ｋ－１ 個の前記遅延干渉計に、（ｋ＋１）段目の２ ｋ 個の前記遅延干渉計が縦接続され、
    前記遅延干渉計は、
    入出力ポートを備えた１対の光カプラと、
    前記１対の光カプラの間に接続され、光路長が互いに異なる第１のアーム導波路及び第２のアーム導波路と、
    前記第１のアーム導波路及び前記第２のアーム導波路の一方に設けられた位相補正領域と、
    を有し、
    前記光カプラは、
    １対の方向性結合器と、
    前記１対の方向性結合器の間に接続された第３のアーム導波路及び第４のアーム導波路と、
    前記第３のアーム導波路及び前記第４のアーム導波路の一方に設けられた位相シフタと、
    を有し、
    （ｋ＋１）段目の前記遅延干渉計における前記第１のアーム導波路の光路長と前記第２のアーム導波路の光路長との相違は、ｋ段目の前記遅延干渉計における前記第１のアーム導波路の光路長と前記第２のアーム導波路の光路長との相違の１／２であり、
    各段の前記遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は、各段の前記光カプラによる位相変動を相殺する値であり、
    前記遅延干渉計の個数は１５個であり、
    前記位相シフタの位相シフト量をδφＣｏｕｐとしたとき、
    １段目の前記遅延干渉計の前記位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、
    ２段目の２個の前記遅延干渉計のうちの一方の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、他方の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．５π」ラジアン又は「＋δφＰＴ－０．５π」ラジアンであり、
    ３段目の４個の前記遅延干渉計のうちの１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ－０．２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．２５π」ラジアンであり、
    ３段目の４個の前記遅延干渉計のうちの１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ－０．２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．２５π」ラジアンであり、
    ４段目の８個の前記遅延干渉計のうちの１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ－０．２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．１２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．６２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ－０．１２５π」ラジアンであり、他の１個の遅延干渉計の位相補正領域の位相変化量は「＋δφＰＴ＋０．３７５π」ラジアンであり、
    δφＰＴは「（－δφＣｏｕｐ×２）－｛（０．５π－δφＣｏｕｐ）×２｝」である
    ことを特徴とする波長合分波素子。
  4. 前記第１のアーム導波路の光路長は前記第２のアーム導波路の光路長よりも短く、
    前記遅延干渉計は、前記第１のアーム導波路と共にリング共振器を構成するループ導波路を有し、
    前記遅延干渉計の各々において、前記第１のアーム導波路の光路長と、前記第２のアーム導波路の光路長と、前記ループ導波路の周回長とが、前記光カプラに入出力される複数の光信号の波長及びチャネル間隔に応じて、当該遅延干渉計の透過スペクトル特性に対して、前記リング共振器の透過スペクトル特性が非共振条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長合分波素子。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の１個の波長合分波素子と、
    互いに異なる波長で発振する２Ｎ個の半導体レーザ素子と、
    ２Ｎ個の前記半導体レーザ素子からの各波長の光を変調する２Ｎ個の光変調器と、
    を有し、
    ２Ｎ個の前記光変調器は、前記波長合分波素子のＮ段目の遅延干渉計の光カプラの開放端側の２Ｎ個の入出力ポートに接続されることを特徴とする光送信装置。
  6. 互いに異なる波長を有する複数の光信号を含む波長多重光信号を伝搬する入力光導波路と、
    前記入力光導波路に一方の端部に接続されて偏光ビームスプリッタと、
    前記偏光ビームスプリッタの他端に接続されてＴＥモード光が入力される第１の光導波路及びＴＭモード光が入力される第２の光導波路と、
    前記第２の光導波路の途中に挿入された偏光ローテータと、
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載の２個の波長合分波素子と、
    前記２個の波長合分波素子のうちの一方の波長合分波素子のＮ段目の遅延干渉計の光カプラの開放端側の２Ｎ個の入出力ポートに接続された２Ｎ個の受光器と、
    ２個の前記波長合分波素子のうちの他方の波長合分波素子のＮ段目の遅延干渉計の光カプラの開放端側の２Ｎ個の入出力ポートに接続された２Ｎ個の受光器と、
    を有し、
    前記波長合分波素子のうちの一方の波長合分波素子の１段目の遅延干渉計の光カプラの開放端側の一つの入出力ポートに前記第１の光導波路が接続されるとともに、
    前記波長合分波素子のうちの他方の波長合分波素子の１段目の遅延干渉計の光カプラの開放端側の一つの入出力ポートに前記第２の光導波路が接続されることを特徴とする光受信装置。
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