WO2014156885A1 - 光回路 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an optical circuit, and more particularly to an optical circuit that prevents performance degradation due to reflected light.
  • Patent Document 1 proposes preventing light reflected from the wavelength filter from returning to the semiconductor laser when the oscillation wavelength of the semiconductor laser is monitored by a photodetector through the wavelength filter. Yes.
  • Patent Document 2 proposes to guide light reflected from an optical resonator disposed inside an external modulator in a direction different from that of the semiconductor laser.
  • an optical isolator is disposed near the output end of the semiconductor laser to prevent the reflected light from returning to the semiconductor laser. Conceivable.
  • the optical isolator is an expensive optical component, this configuration causes an increase in cost.
  • the present invention provides a low-cost optical circuit that reduces the influence of reflected light caused by optical components.
  • an optical circuit includes a first branching unit that branches light, and a first branching unit that couples the first branched light of the branched light to a first optical waveguide for transmission.
  • the phase difference is (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer) on the light source side of the first branch portion.
  • the length of the second optical waveguide between the first branch and the first optical coupler and the third optical waveguide between the first branch and the light reflector are different.
  • the difference from the length is 1/100 or less of (c / ng) ⁇ (1 / k) (unit: m)
  • ng is the group refractive index of the second optical waveguide and the third optical waveguide
  • c ( m / s) is the speed of light
  • k (bps) is the signal transmission speed.
  • the first branch has at least two inputs
  • a photodetector is connected to one of the at least two inputs, and the first on the third optical waveguide.
  • the optical phase adjustment unit is provided, and the first optical phase adjustment unit can be controlled so that the optical power detected by the photodetector is maximized.
  • a second optical phase adjustment unit may be provided on the second optical waveguide.
  • the optical circuit further includes a light source and an optical modulator that modulates light emitted from the light source and outputs a modulated optical signal.
  • the optical modulator has at least two inputs, a photodetector is connected to one of the at least two inputs, an output of the optical modulator is connected to the first branch, and a third optical waveguide is provided.
  • a first optical phase adjustment unit is provided on the road, and the first optical phase adjustment unit can be controlled so that the optical power detected by the photodetector is minimized.
  • a second optical phase adjustment unit may be provided on the second optical waveguide.
  • the light reflecting portion is a second optical coupler, and the reflected light from the first optical coupler is the same as the reflected light from the second optical coupler. Coupled to the optical waveguide.
  • the first optical coupler and the second optical coupler are a first grating coupler and a second grating coupler, respectively, and the first optical waveguide is a multimode optical fiber. .
  • the optical circuit is formed on the same substrate, the first grating coupler and the second grating coupler are arranged in parallel, and the first grating coupler and the second grating coupler are arranged in parallel.
  • the diffraction angles with respect to the substrate are the same and opposite to each other.
  • the first and second grating couplers are arranged in parallel, the grating of the first grating coupler is formed obliquely with respect to the second optical waveguide, and the second grating coupler
  • the first grating coupler and the second grating coupler are configured so that the reflection coefficient phases are different from each other, but the absolute values of the reflection coefficients are substantially equal to each other.
  • an optical circuit modulates a light source, a second branch that branches light emitted from the light source, and a first portion of light from the second branch, A first optical modulator that outputs a modulated optical signal; and a second optical modulator that modulates a second portion of the light from the second branch and outputs the modulated optical signal.
  • the phase difference between the reflected light from the first optical modulator and the reflected light from the second optical modulator is (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer) on the light source side of the second branching unit. It is comprised so that.
  • the light reflecting portion has the same reflection characteristics as the first optical coupler.
  • the difference between the phase of the reflection coefficient of the first optical coupler and the phase of the reflection coefficient of the light reflecting portion is ⁇
  • the light source side of the first branch portion and the first The difference between the optical path length between the optical couplers and the optical path length between the light source side of the first branching section and the light reflecting section is one-way ((m ⁇ 1 / 2) ⁇ / ⁇ / 2) ⁇ / 2, m is an integer, and ⁇ is the wavelength of light.
  • the first branch portion and the first optical coupler have a branch configuration in which no phase difference occurs between two output sides with respect to the input of the branch portion of the first 1 ⁇ 2 configuration.
  • the optical path length between the first optical coupler and the optical path length between the first branching section and the light reflecting section is equal, and the phase and light reflection of the light reflected from the first optical coupler at the incident end of the first optical coupler
  • the phase difference between the light reflected from the part and the phase at the incident end of the light reflecting part is (2m ⁇ 1) ⁇ , and m is an integer.
  • the optical circuit is formed on the same substrate, and the first optical coupler and the light reflecting portion are a first grating coupler and a second grating coupler, respectively.
  • ⁇ is a coupling constant
  • ⁇ ⁇ K
  • ⁇ a light propagation constant
  • K 2 ⁇ / ⁇
  • ⁇ is a grating pitch.
  • a fourth optical waveguide from the second branch to the first optical modulator, and a fifth optical waveguide from the second branch to the second optical modulator May be arranged in parallel at a distance of not more than a directional coupler and not more than 50 ⁇ m.
  • the second optical waveguide from the first branching unit to the first optical coupler and the third optical waveguide from the first branching unit to the light reflecting unit are not coupled as a directional coupler. And may be arranged in parallel at a distance of 50 ⁇ m or less.
  • the light reflecting portion is an optical power monitor.
  • the phase difference can be determined by (a) changing the length of the straight portion of the optical waveguide, (b) changing the bending radius of the optical waveguide, (c) changing the width of the optical waveguide, (d) changing the width of the optical waveguide. At least one of changing the height, (e) changing the temperature of the optical waveguide, (f) changing the stress on the optical waveguide, (g) changing at least one material of the core or cladding of the optical waveguide. May be provided by changing the optical path length.
  • FIG. 1 schematically illustrates an optical circuit 100 according to one embodiment of the present invention.
  • the optical circuit 100 includes a light source 102, optical branches 104, 106A and 106B, and optical modulators 108A, 108B, 108C and 108D.
  • the light source 102 may be a semiconductor laser.
  • the light emitted from the light source 102 is branched into two waveguides by the light branch 104, further branched into four waveguides by the light branches 106A and 106B, and incident on the light modulators 108A, 108B, 108C, and 108D. .
  • the light from the light source 102 is branched into four optical waveguides, but the light from the light source may be guided to a single optical waveguide or may be branched to any number of optical waveguides.
  • the optical modulators 108A, 108B, 108C and 108D may be Mach-Zehnder interferometer (MZI) optical modulators or other types of external optical modulators.
  • MZI Mach-Zehnder interferometer
  • the light emitted from the light source 102 is coupled to the waveguide using the spot size converter 103, but other methods may be used.
  • the optical circuit 100 includes an optical branch 110 connected to the optical modulator 108A, and is configured to intentionally branch light output from the optical modulator 108A.
  • the optical branch 110 may be a multimode interference (MMI) optical coupler.
  • MMI multimode interference
  • the optical modulator 108A is connected to the optical waveguides 112A and 112B via the optical branch 110.
  • the optical waveguide 112A is connected to the optical coupler 114, and the optical waveguide 112B is connected to the light reflecting portion 116.
  • the optical coupler 114 may be a grating coupler or another type of optical coupler.
  • the optical coupler 114 is configured to couple the light propagated through the optical waveguide 112A via the optical branch 110 to the optical waveguide 118 for transmission.
  • the optical waveguide 118 may be an optical fiber or another type of optical waveguide.
  • a grating coupler is used as the optical coupler 114, and an optical fiber is used as the optical waveguide 118.
  • FIG. 1 shows a cross section of the optical fiber 118 and schematically shows that the optical circuit 100 is configured such that the light diffracted from the grating coupler 114 is coupled to the optical fiber 118.
  • the light reflecting section 116 is desirably an optical element having substantially the same reflection characteristics as the reflection characteristics of the optical coupler 114.
  • the light branch 110 is one that equally splits light into two waveguides.
  • the light reflection unit 116 may be configured to have substantially the same reflection spectrum and reflection coefficient as the optical coupler 114. In this configuration, the spectrum and power of the light reflected from the light reflecting unit 116 are equivalent to the spectrum and power of the light returned from the optical coupler 114.
  • the light reflecting unit 116 may be a grating coupler or other type of optical coupler, or may be another optical element such as an optical power monitor.
  • the light reflecting unit 116 is an optical coupler
  • the light transmitted through the light reflecting unit 116 may be terminated.
  • the light reflection unit 116 is an optical monitor, the spectrum and power of light transmitted through the light reflection unit 116 can be measured.
  • the absolute value of the reflection coefficient of the designed light reflecting portion is different from that of the optical coupler 114, the returning optical power may be adjusted by changing the branch ratio of the optical branch 110 by design.
  • FIG. 2 shows an optical circuit 100 according to one embodiment using a grating coupler as the light reflecting portion 116.
  • the optical elements constituting the optical circuit 100 may be formed on the same substrate.
  • the optical circuit 100 integrates Si waveguides and optical elements on a silica glass (SiO 2 ) layer deposited on a silicon (Si) substrate using silicon photonics technology. May be formed.
  • the optical coupler 114 is configured as a grating coupler, for example, and diffracts the light with respect to the substrate, for example, upward so that the incident light is coupled into the optical waveguide 118.
  • the optical coupler 114 is configured to emit light with a spot size such that the optical coupling efficiency with the optical waveguide 118 is sufficiently high.
  • the grating coupler can be configured as shown in FIG.
  • FIG. 3 shows an example of optical coupling between an optical coupler and an optical waveguide according to an embodiment of the present invention.
  • the grating coupler 300 includes a Si thin wire 302, a tapered waveguide 304 connected to the Si thin wire 302, a wide waveguide 308 connected to the tapered waveguide 304 and having a grating 306 formed therein.
  • the wavelength of the signal light may be 1.55 ⁇ m band or 1.31 ⁇ m band.
  • the core of the Si thin wire 302 has a thickness of 60 nm and a width of 500 nm, for example.
  • the tapered waveguide 304 has a length of, for example, 700 ⁇ m, widens the waveguide width of 500 nm to 10 ⁇ m, and is connected to the wide waveguide 308.
  • the grating 306 has, for example, a 635 nm period and a 50% duty cycle.
  • the grating 306 can be configured to have a thickness of 120 nm and an etching depth of 60 nm.
  • an optical signal in a wavelength band of 1.31 ⁇ m incident from the Si thin wire 302 is spread by the tapered waveguide 304 so as to have a spot size having a width of about 10 ⁇ m, diffracted by the grating 306, To 310.
  • the optical signal can be coupled to the single mode optical fiber 310 as described above.
  • Part of the light output from the optical modulator 108A is reflected by the optical coupler 114 when the light is coupled to the optical waveguide 118 via the optical coupler 114.
  • the reflected optical signal returns to the light source 102 via the modulator 108A, the optical branch 106A, and the optical branch 104, the operation of the light source 102 becomes unstable.
  • the light output from the optical modulator 108A is not guided to the single optical coupler 114, but the light is split into two optical waveguides using the optical branch 110. Branch intentionally to 112A and 112B.
  • the optical waveguide 112A is connected to the optical coupler 114, and the optical waveguide 112B is connected to the light reflecting portion 116.
  • the optical waveguides 112A and 112B, the optical coupler 114, and the light reflecting unit 116 have the phase difference of the light reflected from the optical coupler 114 and the light reflecting unit 116 and returned to the optical branch 110 through the optical waveguides 112A and 112B, respectively.
  • the phase to the optical waveguide 112A with respect to the modulator-side waveguide in the optical branch 110 is equal to the phase to the optical waveguide 112B with respect to the modulator-side waveguide.
  • 114 and the light reflecting section 116 have the same reflection coefficient, and the optical path length of the optical waveguides 112A and 112B is (m ⁇ 1 / 2) ⁇ (m is an integer, ⁇ is the light emitted from the light source 102) (Wavelength) may be different.
  • the optical waveguides 112A and 112B are configured such that the one-way optical path lengths differ by ((m ⁇ 1 / 2) ⁇ ) / 2.
  • the optical circuit 100 of the present embodiment reduces the return light of the optical signal modulated by the optical modulator 108A, the optical signal reflected from each of the optical coupler 114 and the light reflecting unit 116 is shifted. Is preferably 1/100 bits or less in the optical branch 110, for example.
  • the difference in length between the optical waveguide 112A and the optical waveguide 112B is desirably 1/100 or less of (c / ng) ⁇ (1 / k) (unit: m).
  • ng is the group refractive index of the optical waveguides 112A and 112B
  • c (m / s) is the speed of light
  • k (bps) is the signal transmission speed.
  • the optical circuit 100 has a phase difference between the light reflected from the optical coupler 114 and returned to the optical branch 110 and the light reflected from the optical reflector 116 and returned to the optical branch 110 at the optical branch 110 (2m ⁇ ).
  • the phase to the optical waveguide 112A with respect to the modulator-side waveguide in the optical branch 110 is equal to the phase to the optical waveguide 112B with respect to the modulator-side waveguide, and the optical waveguides 112A and 112B are different so as to be ⁇ . It may have an optical path length, and the optical coupler 114 and the light reflection unit 116 may be configured to have different reflection coefficients.
  • the optical circuit 100 is configured such that the difference between the phase of the reflection coefficient of the optical coupler 114 and the phase of the reflection coefficient of the light reflection unit 116 is ⁇ , and between the optical branch 110 and the optical coupler 114. Is a one-way difference of ((m ⁇ 1 / 2) ⁇ / ⁇ / 2) ⁇ / 2, and m is an integer, ⁇ may be configured to be the wavelength of the optical signal.
  • phase to the optical waveguide 112A with respect to the waveguide on the modulator side in the optical branch 110 is different from the phase to the optical waveguide 112B with respect to the waveguide on the modulator side by ⁇ / 2.
  • the difference between the phase of the reflection coefficient of the optical coupler 114 and the phase of the reflection coefficient of the light reflector 116 is ⁇ , and the optical path length between the optical branch 110 and the optical coupler 114 is configured.
  • the optical path length between the optical branch 110 and the optical reflector 116 is one way (m ⁇ / ⁇ / 2) ⁇ / 2, m is an integer, and ⁇ is the wavelength of the optical signal. May be configured.
  • the phase difference between the reflected light from the optical coupler and the reflected light from the light reflecting portion is (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer) at the port where the light from the light source side of the branching portion is incident. ).
  • j is an imaginary unit
  • ⁇ is a coupling constant
  • ⁇ 2 ⁇ 2 ⁇ 2
  • L is the length of the grating.
  • the angle of the light emitted from the grating of the optical coupler 114 with respect to the waveguide substrate is different from the angle of the light emitted from the grating of the light reflector 116 with respect to the waveguide substrate, but the reflection returns to the optical branch 110.
  • the absolute value of the coefficient may be configured to be the same. With this configuration, the optical circuit 100 can clearly separate the light emitted from the grating of the optical coupler 114 and the light emitted from the grating of the optical reflector 116, and can suppress crosstalk of stray light. .
  • the reflection coefficient of the optical coupler 114 and the reflection coefficient of the light reflection unit 116 as represented by Expression 1 have substantially the same absolute value of the reflection coefficient, but are different in phase from each other.
  • the phase to the optical waveguide 112 ⁇ / b> A with respect to the waveguide on the modulator side is equal to the phase to the optical waveguide 112 ⁇ / b> B with respect to the waveguide on the modulator side, and the reflection coefficients of the optical coupler 114 and the light reflection unit 116 are absolute.
  • the optical circuit 100 has an optical path length difference between the optical waveguides 112A and 112B of ((m ⁇ 1 / 2) ⁇ / ⁇ / 2. ) ⁇ / 2.
  • the angle of the light emitted from the optical coupler 114 with respect to the waveguide substrate and the light emitted from the light reflecting portion 116 are increased.
  • the angle with respect to the waveguide substrate is different, and the phase difference of the light reflected from the optical coupler 114 and the light reflector 116 and returned to the optical branch 110 via the optical waveguides 112A and 112B is (2m ⁇ ) in the optical branch 110.
  • the optical circuit 100 can be realized such that ⁇ (m is an integer).
  • the optical waveguides 112A and 112B are configured to have equal optical path lengths, and the phase of light reflected from the optical coupler 114 at the connection point between the optical waveguide 112A and the optical coupler 114 And the phase of the light reflected from the light reflecting portion 116 at the connection point between the optical waveguide 112B and the light reflecting portion 116 may be shifted by (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer). .
  • the phase of the reflection coefficient r expressed by Equation 1 is different by (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer) between the grating of the optical coupler 114 and the grating of the light reflector 116.
  • the pitch ⁇ of each grating may be set. For example, in Equation 1, if ⁇ is equal and only the grating pitch is different and the phase of the reflection coefficient is shifted by ⁇ ,
  • the optical coupler 114 and the light reflecting portion 116 are fabricated by the same manufacturing process. It is desirable to have the same structure.
  • the optical coupler 114 and the light reflecting unit 116 are preferably configured as a grating coupler as in the above example.
  • the above embodiment of the present invention has an advantageous effect. For example, when the edge emission type spot size conversion according to the prior art is applied to the light reflecting section 116, the end face is exposed by cleaving, dicing, or the like, so that the manufacturing error of the waveguide length increases.
  • the grating coupler is used as the light reflecting portion 116 as in the embodiment of the present invention, the light reflecting portion 116 can be produced using an electron beam (EB). Increases accuracy. Further, if the grating couplers constituting the optical coupler 114 and the light reflecting portion 116 have exactly the same structure, they may not be configured with a uniform grating pitch.
  • the optical waveguides 112A and 112B may have the same cross-sectional structure.
  • the refractive index of the waveguide varies with temperature.
  • the optical waveguides 112A and 112B may be arranged so as to be separated from each other by a distance that does not couple as a directional coupler and at a sufficiently close distance (for example, in parallel).
  • the optical waveguides 112A and 112B are similarly subjected to a change in refractive index due to the influence of heat generated from an IC or a semiconductor laser.
  • a change in refractive index due to the influence of heat generated from an IC or a semiconductor laser.
  • only the difference in length between the optical waveguides 112A and 112B is affected by the temperature change.
  • the optical path length of the optical waveguide 112A is L + ((m ⁇ 1 / 2) ⁇ ) / 2
  • the optical path length of the optical waveguide 112B is L.
  • the optical path length of the optical waveguide 112A is (1 + ⁇ ) (L + ((m ⁇ 1 / 2) ⁇ ) / 2), and the optical path of the optical waveguide 112B.
  • the length is (1 + ⁇ ) L, and the difference between the optical path lengths of the two waveguides is (1 + ⁇ ) ((m ⁇ 1 / 2) ⁇ ) / 2.
  • m is 1
  • the optical path difference is (1 + ⁇ ) ⁇ / 4. Since ⁇ is small, the round-trip optical path difference is (1 + ⁇ ) ⁇ / 2 to ⁇ / 2, and the round-trip phase difference is held at ⁇ .
  • the optical path length of the waveguide 112A is (1 + ⁇ ) (L + ((m ⁇ 1 / 2) ⁇ ) / 2), and the optical path length of the optical waveguide 112B.
  • the difference between the optical path lengths of the two waveguides is ⁇ L + (1 + ⁇ ) ((m ⁇ 1 / 2) ⁇ ) / 2.
  • the round-trip optical path difference is 2 ⁇ L + ⁇ / 2, and it is difficult to maintain the round-trip phase difference between the optical waveguides 112A and 112B at ⁇ . Therefore, by arranging the optical waveguides 112A and 112B so as to be separated from each other by a distance that is not coupled as a directional coupler and at a sufficiently close distance (for example, in parallel), the optical path difference between these waveguides is desired. It becomes easy to control so as to be held in the vicinity of the phase difference.
  • the round-trip phase difference between the waveguides is ⁇ , but the present invention is not limited to this.
  • the interval between the optical waveguide 112A and the optical waveguide 112B is desirably 50 ⁇ m or less.
  • the optical waveguides 112A and 112B may be configured intentionally so that the respective cross-sectional structures are different and a desired phase difference is generated.
  • the optical waveguides 112A and 112B may be configured to have the same length and different effective refractive indices.
  • the optical waveguides 112A and 112B are arranged so that the phase difference of the light returned to the optical branch 110 via each of them is (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer) in the optical branch 110.
  • the refractive index can be configured to be different, or the core diameter can be configured to be different.
  • FIG. 4 shows an optical circuit 400 according to another embodiment of the present invention. Similar to the optical circuit 100 shown in FIG. 1, the optical circuit 400 includes a light source 402, optical branches 404, 406A and 406B, optical modulators 408A, 408B, 408C and 408D, an optical branch 410, optical waveguides 412A and 412B, and optical coupling. And a light reflecting portion 416.
  • the optical coupler 414 is configured to couple the light propagated through the optical waveguide 412A via the optical branch 410 to the optical waveguide 418 for transmission.
  • the optical branch 410 is configured as a coupler (eg, 2 ⁇ 2 coupler) having at least two inputs and at least two outputs.
  • the optical circuit 400 further includes an optical phase adjustment unit 420 on the optical waveguide 412B.
  • the first input of the two inputs of the optical branch 410 is connected to the optical modulator 408A, and the second input is connected to a photodetector 422 such as a photodiode.
  • the optical phase adjustment unit 420 may be configured as, for example, a MOS structure, a PN structure, a heater, or the like.
  • MOS structure the phase of light propagating through the optical waveguide 412B is adjusted by applying a voltage to the optical phase adjustment unit 420.
  • PN structure current is injected into the optical phase adjustment unit 420, and in the case of the heater, the optical phase adjustment unit 420 is heated.
  • the optical power returning to the second input of the optical branch 410 is monitored by the photodetector 422. .
  • the optical power detected by the photodetector 422 is maximized, the optical power returning from the first input of the optical branch 410 to the optical modulator 408A is minimized.
  • the phase of the light reflected by the optical coupler 414 and returned to the first input of the optical branch 410 and the phase of the light reflected by the light reflector 416 and returned to the first input of the optical branch 410 are calculated.
  • the phase difference between them is (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer).
  • the operation of the light source 402 can be stabilized by controlling the optical phase adjustment unit 420 so that the optical power detected by the photodetector 422 is maximized.
  • the optical phase adjustment unit 420 and the photodetector 422 can be manufactured by the same process as other optical elements, and it is not necessary to increase the number of manufacturing steps.
  • FIG. 5 shows an optical circuit 500 according to another embodiment of the present invention.
  • the optical circuit 500 includes an optical phase adjusting unit 520A on the optical waveguide 512A in addition to the same configuration as the optical circuit 400 shown in FIG.
  • the optical phase adjustment unit 520A is configured to have an optical loss equivalent to that of the optical phase adjustment unit 520B.
  • the optical phase adjustment unit 520B is controlled so that the optical power detected by the photodetector 522 is maximized, while the optical phase adjustment unit 520A is not driven. According to the configuration of FIG.
  • the optical loss in the optical waveguide 512A is equivalent to the optical loss in the optical waveguide 512B, so that the power of the light reflected by the optical coupler 514 and returned to the optical branch 510 and the light reflecting unit 510 The power of the light reflected and returned to the optical branch 510 becomes substantially equal. Therefore, by controlling the optical phase adjustment unit 520B so that the light detected by the photodetector 522 is maximized, the optical power returned from the optical branch 510 to the optical modulator 508A can be almost suppressed.
  • the optical branches 410 and 510 equally divide the light from the modulator into two waveguides connected to the optical coupler from the viewpoint of suppressing manufacturing variations and maximizing the return light. It is desirable to be a thing. However, when the absolute values of the reflection coefficients of the designed light reflecting portions 416 and 516 are different from those of the optical couplers 414 and 514, the returning optical power is adjusted by changing the branching ratio of the optical branching by design. May be.
  • FIG. 6 shows an optical circuit 600 according to another embodiment of the present invention. This is a modification of the optical circuit 400 of FIG.
  • optical circuit 600 optical branch 610 has one input, and photodetector 622 is connected to one input of optical modulator 608A rather than the input of optical branch 610.
  • the optical circuit 600 can stabilize the operation of the light source 602 by controlling the optical phase adjustment unit 620 so that the optical power detected by the photodetector 622 is minimized.
  • the driving condition of the optical phase adjustment unit 620 that minimizes the optical power in the photodetector 622 may be determined directly.
  • one driving condition of the optical phase adjusting unit 620 that maximizes the optical power in the photodetector 622 is determined, and further another driving condition of the optical phase adjusting unit 620 that maximizes the optical power is determined.
  • the optical phase adjustment unit 620 may be driven using an intermediate value between these driving conditions.
  • optical circuit 600 of FIG. 5 can also be configured such that the photodetector 522 is connected to one input of the optical modulator 508A as shown in FIG.
  • another optical phase adjustment unit may be provided on the waveguide 612A as shown in FIG.
  • an optical circuit can be manufactured at low cost. If an optical circuit is formed on an SOI (silicon on insulator) substrate using silicon photonics technology, an optical circuit having the above characteristics can be highly integrated on the substrate using a silicon process. Can be miniaturized, the manufacturing process can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
  • SOI silicon on insulator
  • FIG. 7 shows an optical circuit 700 capable of reducing the instability of the operation of the light source due to the reflected light generated in the optical circuit after the optical modulator according to another embodiment of the present invention.
  • the optical circuit 700 may be formed by integrating optical elements on an SOI substrate using silicon photonics technology.
  • the configuration of the optical circuit connected to the output of the optical modulator 708A will be specifically described.
  • similarly configured optical circuits may be connected to other optical modulators 708B, 708C, and 708D. .
  • the optical circuit 700 is configured to branch the light output from the optical modulator 708A into two optical waveguides 712A and 712B via an optical branch 710.
  • Optical waveguides 712A and 712B are connected to optical couplers 714A and 714B, respectively.
  • FIG. 7 shows an example in which a grating coupler is used as the optical couplers 714A and 714B.
  • the grating coupler includes a Si thin wire, a tapered waveguide connected to the Si thin wire, and a wide waveguide connected to the tapered waveguide and having a grating formed thereon.
  • the core of the Si fine wire has, for example, a thickness of 60 nm and a width of 500 nm.
  • the tapered waveguide has a length of, for example, 700 ⁇ m, widens the waveguide width of 500 nm to 10 ⁇ m, and is connected to the wide waveguide.
  • the grating has, for example, a 635 nm period and a 50% duty cycle.
  • the grating can be configured, for example, to have a thickness of 120 nm and an etching depth of 60 nm.
  • an optical signal incident from a Si wire is spread by a tapered waveguide so as to have a spot size with a width of about 10 ⁇ m, diffracted by a grating (for example, upward), and directed to an optical waveguide such as an optical fiber.
  • the grating couplers 714A and 714B are each configured to diffract part of the light branched by the optical branch 710 and couple it to the same optical waveguide 718 for transmission.
  • the two grating couplers 714A and 714B are arranged to face each other, but the arrangement method is not limited.
  • the grating couplers may be arranged in parallel as shown in FIG.
  • the two grating couplers 714A and 714B are preferably in close proximity so that they can be coupled to the optical waveguide 718.
  • the angle of the light emitted from the grating of the grating coupler 714A with respect to the waveguide substrate is different from the angle of the light emitted from the grating of the grating coupler 714B with respect to the waveguide substrate, but the reflection coefficient returns to the optical branch 710.
  • the absolute value may be configured to be the same. For example, as shown in FIG. 12, when a grating is formed in a waveguide obliquely with respect to the waveguide, light is diffracted with respect to the oblique grating.
  • the optical waveguide 718 may be an optical fiber.
  • the optical waveguides 712A and 712B and the grating couplers 714A and 714B are configured such that the phase difference of the light reflected from the grating couplers 714A and 714B and returned to the optical branch 710 via the optical waveguides 712A and 712B is reduced on the light source side of the optical branch 710. It is configured to be (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer).
  • the phase to the optical waveguide 712A with respect to the modulator-side waveguide in the branch 710 and the optical waveguide 712B to the modulator-side waveguide The optical waveguides 712A and 712B have the same phase, and are configured so that the optical path length of the round trip differs by (m ⁇ 1 / 2) ⁇ (m is an integer, ⁇ is the wavelength of light emitted from the light source 402). Also good.
  • the optical waveguides 712A and 712B are configured such that the one-way optical path lengths differ by ((m ⁇ 1 / 2) ⁇ ) / 2.
  • the shift of the optical signal reflected from each of the grating couplers 714 and 716 is, for example, 1/100 in the optical branch 710. It is desirable to be less than a bit. In order to realize this, it is desirable that the difference in length between the optical waveguide 712A and the optical waveguide 712B is 1/100 or less of (c / ng) ⁇ (1 / k) (unit: m).
  • ng is the group refractive index of the optical waveguides 712A and 712B
  • c (m / s) is the speed of light
  • k (bps) is the signal transmission speed.
  • the optical circuit 700 has a phase difference between the light reflected from the grating coupler 714A and returned to the optical branch 710 and the light reflected from the grating coupler 714B and returned to the optical branch 710 at the optical branch 710 (2m ⁇ 1).
  • the optical waveguides 712A and 712B may have different optical path lengths, and the grating coupler 714A and the grating coupler 714B may have different reflection coefficients so as to be ⁇ .
  • the optical circuit 700 uses a 1 ⁇ 2 MMI and the phase to the optical waveguide 712A with respect to the modulator-side waveguide in the branch 710 is equal to the phase to the optical waveguide 712B with respect to the modulator-side waveguide.
  • the difference between the phase of the reflection coefficient of the coupler 714A and the phase of the reflection coefficient of the grating coupler 714B is ⁇ , and the optical path length between the optical branch 710 and the grating coupler 714A and the optical branch 710 and the grating coupler 714B are configured.
  • the difference between the optical path length and the optical path length is ((m ⁇ 1 / 2) ⁇ / ⁇ / 2) ⁇ / 2, m is an integer, and ⁇ is the wavelength of the optical signal. Good.
  • a 2 ⁇ 2 multimode interference (MMI) optical coupler may be used in the optical branching unit used in the optical circuits 800 and 900 described later.
  • the phase to the optical waveguide 712A with respect to the waveguide on the modulator side is different from the phase to the optical waveguide 712B with respect to the waveguide on the modulator side by ⁇ / 2. Therefore, for example, the difference between the phase of the reflection coefficient of the grating coupler 714A and the phase of the reflection coefficient of the grating coupler 714B is ⁇ , and the optical path length and the optical branch between the optical branch 710 and the grating coupler 714A are configured.
  • the difference between the optical path length between 710 and the grating coupler 714B is (m ⁇ / ⁇ / 2) ⁇ / 2 in one way, m is an integer, and ⁇ is the wavelength of the optical signal. Also good. Also in this case, the phase difference between the reflected light from the grating coupler 714A and the reflected light from the grating coupler 714B is (2m-1) ⁇ (m is an integer) at the port where the light from the light source on the branching portion is incident. ). In view of manufacturing variations, it is desirable to use a 1 ⁇ 2 multimode interference (MMI) optical coupler rather than a 2 ⁇ 2 multimode interference (MMI) optical coupler. When the absolute value of the reflection coefficient is different between the optical couplers 714A and 714B, the returning optical power may be adjusted by changing the branching ratio of the optical branching by design.
  • MMI multimode interference
  • one grating may be formed obliquely with respect to the waveguide in the waveguide, and the other grating coupler may be disposed so as to be generally orthogonal to the waveguide.
  • the grating couplers By arranging the grating couplers in parallel, the light from the grating coupler 1314A is diffracted and can be condensed by approaching the light of the grating coupler 1314B, and coupling from two separated grating couplers to one waveguide is possible. Becomes easy.
  • the optical circuit 700 has a difference in optical path length between the optical waveguides 712A and 712B ( (M ⁇ 1 / 2) ⁇ / ⁇ / 2) ⁇ / 2 can be obtained.
  • the angle of the light emitted from the grating coupler 714A with respect to the waveguide substrate is different from the angle of the light emitted from the grating coupler 714B with respect to the waveguide substrate, and the grating coupler 714A and the grating coupler 714B respectively.
  • the branching ratio of the light branching 710 is preferably 1: 1.
  • the reflection coefficient of the grating coupler 714A and the reflection coefficient of the grating coupler 714B are different from each other in the phase of the reflection coefficient by adjusting the grating pitch, grating depth, length L, coupling constant ⁇ , and duty ratio.
  • the absolute values of the coefficients can be designed to be approximately equal. Return light can be reduced by making the absolute value of the reflection coefficient the same.
  • the returning optical power can be adjusted by changing the branching ratio of the optical branching by design. Return light can be suppressed by coupling to the original waveguide with a phase difference ⁇ .
  • the phase to the optical waveguide 712A with respect to the modulator-side waveguide in the branch 710 is equal to the phase to the optical waveguide 712B with respect to the modulator-side waveguide, and the optical waveguides 712A and 712B.
  • the phase at the connection point with the coupler 714B may be shifted by (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer).
  • each grating is set such that the phase of the reflection coefficient r expressed by Equation 1 differs by (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer) between the grating of the grating coupler 714A and the grating of the grating coupler 714B.
  • the grating coupler 714A and the grating coupler 714B are configured in this way, the light reflected by the grating coupler 714A and the light reflected by the grating coupler 714B have substantially the same amplitude and a phase difference of ⁇ . Light can be canceled at the light branch 710.
  • the reflection coefficient r may be adjusted by changing the depth, length L, coupling constant ⁇ , and duty ratio of the grating instead of changing the pitch of the grating.
  • the grating coupler 714A and the grating coupler 714B can be manufactured by the same manufacturing process. Therefore, the reproducibility of the fabrication of the optical circuit 700 can be enhanced while achieving the effect of canceling the reflected light generated in the grating coupler.
  • the optical waveguides 712A and 712B may have the same cross-sectional structure.
  • the refractive index of the waveguide can vary with temperature.
  • the optical waveguides 712A and 712B may be arranged so as to be separated from each other by a distance that is not coupled as a directional coupler and at a sufficiently close distance (for example, in parallel).
  • the optical waveguides 712A and 712B are similarly subjected to a change in refractive index due to the influence of heat generated from an IC, a semiconductor laser, or the like.
  • the difference between the lengths of the optical waveguides 712A and 712B is affected by the temperature change.
  • the grating coupler 714 and the grating coupler 716 have the same reflection coefficient, and the reflection coefficient has the same absolute value and phase.
  • the optical path length of the optical waveguide 712A is L + ((m ⁇ 1 / 2) ⁇ ) / 2
  • the optical path length of the optical waveguide 712B is L.
  • the optical path length of the optical waveguide 712A is (1 + ⁇ ) (L + ((m ⁇ 1 / 2) ⁇ ) / 2), and the optical waveguide 712B
  • the optical path length is (1 + ⁇ ) L
  • the difference between the optical path lengths of the two waveguides is (1 + ⁇ ) ((m ⁇ 1 / 2) ⁇ ) / 2.
  • m 1, the optical path difference is (1 + ⁇ ) ⁇ / 4. Since ⁇ is small, the round trip optical path difference is (1 + ⁇ ) ⁇ / 2 to ⁇ / 2, and the round trip phase difference is held at ⁇ .
  • the reciprocal phase difference between the waveguides is ⁇ .
  • the distance between the optical waveguide 712A and the optical waveguide 712B is preferably 50 ⁇ m or less.
  • the optical waveguides 712A and 712B may be intentionally configured so that the respective cross-sectional structures are different and a desired phase difference is generated.
  • the optical waveguides 712A and 712B may be configured to have different effective refractive indices.
  • the optical waveguides 712A and 712B are arranged so that the phase difference of the light returned to the optical branch 710 via each is (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer) on the light source side of the optical branch 710. And it can comprise so that the refractive index of a clad may differ, or it may comprise so that a core diameter may differ.
  • the optical circuit 700 of the present embodiment branches the light output from the optical modulator 708A into the two optical waveguides 712A and 712B by the optical branch 710, and further, the two optical waveguides 712A and 712B.
  • the optical signal propagated by the optical fiber is coupled to one optical waveguide 718 again using two grating couplers 714A and 714B.
  • the optical circuit 700 may be configured such that the optical signals diffracted by the grating couplers 714A and 714B are coupled to the same multimode optical waveguide 718, respectively.
  • the multimode optical waveguide 718 may be, for example, a multimode optical fiber.
  • the grating couplers 714A and 714B may be configured such that the spot size of light diffracted from each of them is within the core of the multimode optical waveguide 718 at the incident end of the multimode optical waveguide 718.
  • the multimode optical waveguide 718 may be a multimode optical fiber having a core diameter of about 50 ⁇ m, and the grating couplers 714A and 714B have a spot size of light diffracted from each of about 10 ⁇ m. It may be configured.
  • the optical signals diffracted from each of the grating couplers 714A and 714B can be made identical by simply placing the grating couplers 714A and 714B in close proximity and using no additional special optical element.
  • the multimode optical waveguide 718 can be coupled. Therefore, the power of the optical signal coupled and transmitted to the optical waveguide 718 can be increased as compared with the embodiment of FIGS.
  • the optical circuit 700 is configured to use a multimode optical waveguide 718 such as a multimode optical fiber as in this embodiment, the operation of the light source 702 is unstable due to reflection of light output from the optical modulator 708A.
  • the optical modulator 708A In addition to reducing both the light diffracted from each of the grating couplers 714A and 714B into the same multimode optical waveguide 718, light resulting from intentional branching using the optical branch 710 Loss can be suppressed.
  • the adverse effect of the reflected light from the optical element after the optical modulator 108A can be reduced, but the power of the optical signal coupled to the optical waveguide 118 is reduced by the optical branch 110 (for example, , 1 ⁇ 2).
  • the problem of attenuation of the power of the optical signal can be solved at the same time.
  • the optical circuit 700 can be manufactured at low cost. it can. If the optical circuit 700 is formed on an SOI substrate using silicon photonics technology, the optical circuit 700 having the above characteristics can be highly integrated on the substrate using a silicon process. Therefore, the optical circuit 700 can be downsized, the manufacturing process can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced. Further, if a multimode optical waveguide is used as the optical signal transmission optical waveguide 718, the position between the optical circuit 700 and the optical waveguide 718 when the SOI circuit is highly integrated and miniaturized is reduced. Increased tolerance for alignment error.
  • FIG. 8 schematically shows an optical circuit 800 according to another embodiment of the present invention.
  • the optical branching unit 810 is configured as a coupler (eg, 2 ⁇ 2 coupler) having at least two inputs and at least two outputs.
  • Light from modulator 808 is split in half by optical branch 810 and coupled to optical waveguides 812A and 812B.
  • the optical circuit 800 further includes an optical phase adjustment unit 820 on the optical waveguide 812B.
  • a first input of the two inputs of the optical branch 810 is connected to the optical modulator 808A, and a photodetector 822 such as a photodiode is connected to the other second input.
  • the optical phase adjustment unit 820 may be, for example, a MOS structure, a PN structure, a heater, or the like.
  • the power of the light returning to the second input among the return light to the optical branch 810 is monitored by the photodetector 822.
  • the optical power detected by the photodetector 822 is maximized, the optical power returning from the first input of the optical branch 810 to the optical modulator 808A is minimized.
  • the phase difference is (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer).
  • the operation of the light source 802 can be stabilized by controlling the optical phase adjustment unit 820 so that the optical power detected by the photodetector 822 is maximized.
  • the optical phase adjustment unit 820 in addition to the effect of the optical circuit 700 shown in FIG. 7, even if manufacturing variations occur in the lengths of the optical waveguides 812A and 812B, the optical power returning to the optical modulator 808A is minimized. And the operation of the light source 802 can be further stabilized.
  • FIG. 9 shows an optical circuit 900 according to another embodiment of the present invention.
  • the optical circuit 900 includes an optical phase adjustment unit 920A on the optical waveguide 912A.
  • the optical phase adjustment unit 920A is configured to have an optical loss equivalent to that of the optical phase adjustment unit 920B.
  • the optical phase adjustment unit 920B is driven so that the optical power detected by the photodetector 922 is maximized, while the optical phase adjustment unit 920A is not driven.
  • the optical loss in the optical waveguide 912A is equivalent to the optical loss in the optical waveguide 912B.
  • the power of the light reflected by the grating coupler 914A and returned to the optical branch 910 is substantially equal to the power of the light reflected by the grating coupler 914B and returned to the optical branch 910, so that the light detected by the photodetector 922 is detected.
  • the optical phase adjustment unit 920B By controlling the optical phase adjustment unit 920B so that becomes maximum, the optical power returned from the optical branching unit 910 to the optical modulator 908A can be minimized.
  • FIG. 10 shows an optical circuit 1000 according to another embodiment of the present invention.
  • the optical branch 1010 has one input, and the photodetector 1022 is connected to one input of the optical modulator 1008A.
  • the optical circuit 1000 can stabilize the operation of the light source 1002 by controlling the optical phase adjustment unit 1020 so that the optical power detected by the photodetector 1022 is minimized.
  • the driving condition of the optical phase adjustment unit 1020 that minimizes the optical power in the photodetector 1022 (for example, the applied voltage when the optical phase adjustment unit 1020 has a MOS structure) may be determined directly.
  • one driving condition for the optical phase adjustment unit 1020 that maximizes the optical power in the photodetector 1022 is determined, and another driving condition for the optical phase adjustment unit 1020 that further maximizes the optical power is determined.
  • the optical phase adjusting unit 1020 may be operated using an intermediate value between these driving conditions.
  • the optical phase adjustment unit is formed only on the optical waveguide 1012B side, but from the viewpoint of adjusting the returning optical power, the optical phase adjustment unit is also formed on the optical waveguide 1012A side like the optical circuit 900. May be.
  • the two grating couplers 814A and 814B, 914A and 914B, 1014A and 1014B have the same configuration from the viewpoint of suppressing manufacturing variation.
  • the optical branching 810, 910, and 1010 may branch the light equally into two waveguides that connect the light from the modulator to the grating coupler from the viewpoint of maximizing the return light. desirable.
  • the optical phase adjusting unit 820 is formed only on one side as in the optical circuit 800 and the absolute value of the optical power returning to the optical branching unit is different, the returning optical power is set to the optical branching ratio. You may adjust by changing by design.
  • optical circuit 900 of FIG. 9 can also be configured such that the photodetector 922 is connected to one input of the optical modulator 908A as shown in FIG.
  • another optical phase adjustment unit may be provided on the waveguide 1012A as shown in FIG.
  • FIG. 11 schematically shows an optical circuit 1100 according to another embodiment of the present invention.
  • the configuration after the optical modulators 1108A to 1108D is the same as that of the embodiment shown in FIG.
  • the optical circuit 1100 has a difference between the phase of the reflected light from the optical modulators 1108A and 1108B and the phase of the reflected light from the optical modulators 1108C and 1108D before the light source 1102 (2m ⁇ 1) ⁇ .
  • M is an integer).
  • the optical waveguide between the optical modulators 1108A and 1108B and the light source 1102 and the optical waveguide between the optical modulators 1108C and 1108D and the light source 1102 have a reciprocal optical path length of (m ⁇ 1). / 2) ⁇ (m is an integer, ⁇ is the wavelength of light emitted from the light source 1102) may be different.
  • ⁇ m is an integer, ⁇ is the wavelength of light emitted from the light source 1102
  • the phase of the reflected light from the optical modulator 1108A and the phase of the reflected light from the optical modulator 1108B are (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer) before the light source 1102, and the optical modulator 1108C
  • the phase of the reflected light from the light source and the phase of the reflected light from the light modulator 1108D may be (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer) before the light source 1102.
  • the optical circuit 1100 has the phase of the reflected light from the optical modulator 1108A and the phase of the reflected light from the optical modulator 1108C become (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer) before the light source 1102, and the optical modulation is performed.
  • the phase of the reflected light from the optical device 1108B and the phase of the reflected light from the optical modulator 1108D may be (2m ⁇ 1) ⁇ (m is an integer) before the light source 1102.
  • the optical path length can be expressed by multiplying the light propagation distance (d) by the effective refractive index (n) of the propagated light. Accordingly, the optical path length can be changed by changing the length of the linear portion of the waveguide by shifting the positional relationship of the optical element such as the branch element.
  • the optical path length can be changed by changing the bending radius of the waveguide between the optical elements without changing the position of the optical elements.
  • the waveguide may have a bent part of 90 °, for example, or may have another bending angle.
  • various optical path lengths can be obtained by changing the effective refractive index by changing the width of the waveguide.
  • each of the plurality of waveguides is affected by changing the height of the waveguide, changing the temperature of the waveguide, or covering the waveguide with one or more waveguides (for example, by applying a stressful film).
  • Various optical path lengths can be obtained by changing the stress or changing the material of the waveguide core and cladding.

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Abstract

　光回路において光部品によって生じる反射光の影響を低減する。　光回路１００は、光を分岐する光分岐１１０と、分岐された光の第１の部分を伝送のために光導波路１１８に結合する光結合器１１４と、分岐された光の第２の部分を反射する光反射部１１６とを具備し、光結合器１１４からの反射光と光反射部１１６からの反射光との位相差が光分岐１１０の入力側において（２ｍ－１）π（ｍは整数）である。

Description

光回路
　本発明は光回路に関し、より詳細には反射光による性能の劣化を防止する光回路に関する。
　光通信システムにおいては、光源として使用される半導体レーザの動作を安定させることが求められる。
　このため、特許文献１においては、波長フィルタを介して光検出器によって半導体レーザの発振波長をモニタする際に、波長フィルタから反射される光が半導体レーザへ戻ることを防止することが提案されている。
　特許文献２には、外部変調器内部に配置された光共振器から反射される光を半導体レーザとは別の方向へ導くことが提案されている。
　しかし、これらの技術は、半導体レーザモジュールにおいて生じる反射光が半導体レーザ光源へ戻ることを防止するにすぎない。したがって、このようなモジュールを用いて光通信システムを構築しても、光変調器以降の他の光学部品との接続部分において反射光が生じる。
　この問題を解決するための１つの手法として、特許文献３に示されるように、半導体レーザの出力端の近くに光アイソレータを配置することによって、反射光が半導体レーザに戻ることを防止することが考えられる。しかし、光アイソレータは高価な光部品であるので、この構成はコストの増大を招く。
国際公開第２００８／１０７９６３号 特開２００９－２０４６９４号公報 米国特許第８，１６８，９３９号明細書
　本発明は、光部品によって生じる反射光の影響を低減する低コストな光回路を提供する。
　本発明の１つの実施例において、光回路は、光を分岐する第１の分岐部と、分岐された光のうちの第１の分岐光を伝送のために第１の光導波路に結合する第１の光結合器と、分岐された光のうちの第２の分岐光を反射する光反射部とを具備し、第１の光結合器からの反射光と光反射部からの反射光との位相差が第１の分岐部の光源側において（２ｍ－１）π（ｍは整数）である。
　本発明の別の実施例において、第１の分岐部及び第１の光結合器の間の第２の光導波路の長さと第１の分岐部及び光反射部の間の第３の光導波路の長さとの差が（ｃ／ｎg）×（１／ｋ）（単位：ｍ）の１００分の１以下であり、ｎgは第２の光導波路及び第３の光導波路の群屈折率、ｃ（ｍ／ｓ）は光の速度、ｋ（ｂｐｓ）は信号の伝送速度である。
　本発明の別の実施例において、第１の分岐部は少なくとも２つの入力を有し、当該少なくとも２つの入力のうちの１つに光検出器が接続され、第３の光導波路上に第１の光位相調整部が設けられ、第１の光位相調整部は光検出器において検出される光パワーが最大となるように制御可能である。さらに、第２の光導波路上に第２の光位相調整部が設けられてもよい。
　本発明の別の実施例において、光回路は、光源と、光源から放射される光を変調して変調された光信号を出力する光変調器とをさらに具備する。光変調器は少なくとも２つの入力を有し、当該少なくとも２つの入力のうちの１つに光検出器が接続され、光変調器の出力が第１の分岐部に接続され、第３の光導波路上に第１の光位相調整部が設けられ、第１の光位相調整部は光検出器において検出される光パワーが最小となるように制御可能である。さらに、第２の光導波路上に第２の光位相調整部が設けられてもよい。
　本発明の別の実施例において、光反射部は第２の光結合器であり、第１の光結合器からの反射光と第２の光結合器からの反射光とが同一の第１の光導波路へ結合される。
　本発明の別の実施例において、第１の光結合器及び第２の光結合器はそれぞれ第１のグレーティングカプラ及び第２のグレーティングカプラであり、第１の光導波路はマルチモード光ファイバである。
　本発明の別の実施例において、光回路は同一の基板上に形成され、第１のグレーティングカプラ及び第２のグレーティングカプラは並行して配置され、第１のグレーティングカプラ及び第２のグレーティングカプラの基板に対する回折角は同じ角度であり互いに逆向きである。
　本発明の別の実施例において、第１及び第２のグレーティングカプラは並行して配置され、第１のグレーティングカプラのグレーティングは第２の光導波路に対して斜めに形成され、第２のグレーティングカプラのグレーティングは第３の光導波路に対して直交するように形成され、第１のグレーティングカプラ及び第２のグレーティングカプラは反射係数の位相が互いに異なるが反射係数の絶対値がほぼ等しいように構成される。
　本発明の別の実施例において、光回路は、光源と、光源から放射される光を分岐する第２の分岐部と、第２の分岐部からの光の第１の部分を変調して、変調された光信号を出力する第１の光変調器と、第２の分岐部からの光の第２の部分を変調して、変調された光信号を出力する第２の光変調器とをさらに具備する。光回路は、第１の光変調器からの反射光と第２の光変調器からの反射光との位相差が第２の分岐部の光源側において（２ｍ－１）π（ｍは整数）となるように構成される。
　本発明の別の実施例において、光反射部は第１の光結合器と同一の反射特性を有する。
　本発明の別の実施例において、第１の光結合器の反射係数の位相と光反射部の反射係数の位相との間の差はφであり、第１の分岐部の光源側及び第１の光結合器の間の光路長と第１の分岐部の光源側及び光反射部の間の光路長との差分が片道で（（ｍ－１／２）－φ／π／２）λ／２であり、ｍは整数であり、λは光の波長である。
　本発明の別の実施例において、前記第１の１ｘ２構成の分岐部について入力に対し二つの出力側の間で位相差が生じない分岐構成で、第１の分岐部及び第１の光結合器の間の光路長と第１の分岐部及び光反射部の間の光路長とが等しく、第１の光結合器から反射される光の第１の光結合器の入射端における位相と光反射部から反射される光の光反射部の入射端における位相との間の位相差が（２ｍ－１）πであり、ｍは整数である。
　本発明の別の実施例において、光回路は同一の基板上に形成され、第１の光結合器及び光反射部はそれぞれ第１のグレーティングカプラ及び第２のグレーティングカプラである。第１のグレーティングカプラについてディチューニングδ＝κであり、第２のグレーティングカプラについてδ＝－κであるように、第１及び第２のグレーティングカプラのグレーティングピッチが決定される。ここで、κは結合定数であり、δ＝β－Ｋであり、βは光の伝搬定数であり、Ｋ＝２π／Λであり、Λはグレーティングピッチである。
　本発明の別の実施例において、第２の分岐部から第１の光変調器までの第４の光導波路と、第２の分岐部から第２の光変調器までの第５の光導波路とは、方向性結合器として結合しない程度の距離だけ離れ且つ５０μｍ以下の距離に並行に配置されてもよい。また、第１の分岐部から第１の光結合器までの第２の光導波路と、第１の分岐部から光反射部までの第３の光導波路とは、方向性結合器として結合しない程度の距離だけ離れ且つ５０μｍ以下の距離に並行に配置されてもよい。
　本発明の別の実施例において、光反射部は光パワーモニタである。また、位相差は、（ａ）光導波路の直線部の長さを変えること、（ｂ）光導波路の曲げ半径を変えること、（ｃ）光導波路の幅を変えること、（ｄ）光導波路の高さを変えること、（ｅ）光導波路の温度を変えること、（ｆ）光導波路にかかる応力を変えること、（ｇ）光導波路のコア又はクラッドの少なくとも１つの材料を変えることの少なくとも１つによって光路長を変えることによりもたらされてもよい。
　本発明によれば、光部品によって生じる反射光の影響を低減する低コストな光回路を実現することができる。
本発明の実施例に係る光回路を概略的に示す図である。 本発明の実施例に係る光回路を概略的に示す図である。 本発明の実施例による光結合器と光導波路との間での光結合の例を示す図である。 本発明の実施例に係る光回路を概略的に示す図である。 本発明の実施例に係る光回路を概略的に示す図である。 本発明の実施例に係る光回路を概略的に示す図である。 本発明の実施例に係る光回路を概略的に示す図である。 本発明の実施例に係る光回路を概略的に示す図である。 本発明の実施例に係る光回路を概略的に示す図である。 本発明の実施例に係る光回路を概略的に示す図である。 本発明の実施例に係る光回路を概略的に示す図である。 本発明の実施例に係る光回路におけるグレーティングカプラに形成されるグレーティングの一例を概略的に示す図である。 本発明の実施例に係る光回路におけるグレーティングカプラに形成されるグレーティングの一例を概略的に示す図である。
　本発明の実施例を図面を参照しながら以下に詳細に説明する。図１は、本発明の１つの実施例による光回路１００を概略的に示す。光回路１００は、光源１０２、光分岐１０４、１０６Ａ及び１０６Ｂ並びに光変調器１０８Ａ、１０８Ｂ，１０８Ｃ及び１０８Ｄを有する。光源１０２は半導体レーザであってもよい。光源１０２から出射される光は、光分岐１０４によって２つの導波路へ分岐され、さらに光分岐１０６Ａ及び１０６Ｂによって４つの導波路へ分岐され、光変調器１０８Ａ、１０８Ｂ，１０８Ｃ及び１０８Ｄに入射される。本実施例において、光源１０２からの光は４つの光導波路へ分岐されるが、光源からの光は単一の光導波路へ導かれてもよいし、任意の数の光導波路へ分岐されてもよい。光変調器１０８Ａ、１０８Ｂ，１０８Ｃ及び１０８Ｄは、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）光変調器であってもよいし、他の種類の外部光変調器であってもよい。なお、図１においてはスポットサイズ変換器１０３を用いて光源１０２から出射される光を導波路に結合しているが、他の方法を用いてもよい。
　以下においては、光変調器１０８Ａの出力に接続された光回路の構成について具体的に説明するが、他の光変調器１０８Ｂ，１０８Ｃ及び１０８Ｄにも同様に構成された光回路が接続されてもよい。光回路１００は、光変調器１０８Ａに接続された光分岐１１０を有し、光変調器１０８Ａから出力される光を意図的に分岐するように構成される。光分岐１１０はマルチモード干渉（ＭＭＩ）光結合器であってもよい。光変調器１０８Ａは、光分岐１１０を介して、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂに接続される。光導波路１１２Ａは光結合器１１４に接続され、光導波路１１２Ｂは光反射部１１６に接続される。光結合器１１４は、グレーティングカプラであってもよいし、他の種類の光結合器であってもよい。光結合器１１４は、光分岐１１０を介して光導波路１１２Ａを伝播した光を、伝送のために光導波路１１８へ結合するように構成される。光導波路１１８は、光ファイバであってもよいし、他の種類の光導波路であってもよい。図１に示す実施例においては、光結合器１１４としてグレーティングカプラが用いられ、光導波路１１８として光ファイバが用いられる。図１は、光ファイバ１１８の断面を示しており、グレーティングカプラ１１４から回折された光が光ファイバ１１８へと結合されるように光回路１００が構成されることを概略的に示している。
　製造ばらつきを抑制する観点から光反射部１１６は、光結合器１１４の反射特性と実質的に同一の反射特性を有する光素子であることが望ましい。加えて、製造ばらつきの抑制と、最大限に戻り光を抑制する観点から、光分岐１１０は二つの導波路に等分に光を分岐するものであることが望ましい。例えば、光反射部１１６は、光結合器１１４と実質的に同一の反射スペクトル及び反射係数を有するように構成されてもよい。この構成において、光反射部１１６から反射される光のスペクトル及びパワーは、光結合器１１４から戻される光のスペクトル及びパワーと同等である。しかしながら、反射係数が設計可能であれば、光反射部１１６は、グレーティングカプラ又はその他の種類の光結合器であってもよいし、光パワーモニタなどの他の光素子であってもよい。光反射部１１６が光結合器である場合、光反射部１１６を透過する光は終端されてもよい。光反射部１１６が光モニタである場合、光反射部１１６を透過する光のスペクトルやパワーを測定することができる。設計された光反射部の反射係数の絶対値が光結合器１１４と異なる場合、戻ってくる光パワーを光分岐１１０の分岐の比率を設計で変更することで調整してもよい。図２は、グレーティングカプラを光反射部１１６として用いた１つの実施例の光回路１００を示す。
　光回路１００を構成する光素子は、同一の基板上に形成されてもよい。例えば、１つの実施例において、光回路１００は、シリコンフォトニクス技術を利用して、シリコン（Ｓｉ）基板に堆積されたシリカガラス（ＳｉＯ２）層上にＳｉ導波路や光素子を集積化することによって形成されてもよい。この場合、光結合器１１４は、例えばグレーティングカプラとして構成され、入射される光が光導波路１１８へと結合されるように、当該光を基板に対して例えば上方に回折する。光結合器１１４は、光導波路１１８との光結合効率が十分に高くなるようなスポットサイズで光を出射するように構成される。例えば、光結合器１１４がグレーティングカプラであり、光導波路１１８が１０μｍのコア径を有するシングルモード光ファイバである場合、グレーティングカプラは図３に示すように構成することができる。
　図３は、本発明の実施例による光結合器と光導波路との間での光結合の例を示す。この例において、グレーティングカプラ３００は、Ｓｉ細線３０２、Ｓｉ細線３０２に接続されるテーパ導波路３０４、テーパ導波路３０４に接続され、グレーティング３０６が形成された幅広導波路３０８を含む。
　実施例において、信号光の波長は１．５５μｍ帯又は１．３１μｍ帯であってもよい。１．３１μｍ帯の光信号の伝搬及び送信が行われる実施例において、Ｓｉ細線３０２のコアは、例えば、６０ｎｍの厚さ及び５００ｎｍの幅を有する。テーパ導波路３０４は、例えば、７００μｍの長さを有し、５００ｎｍの導波路幅を１０μｍまで広げ、幅広導波路３０８へ接続される。グレーティング３０６は、例えば、６３５ｎｍの周期及び５０％のデューティサイクルを有する。グレーティング３０６は、例えば、１２０ｎｍの厚さを有し、６０ｎｍのエッチング深さを有するように構成することができる。この例において、Ｓｉ細線３０２から入射される波長１．３１μｍ帯の光信号は、テーパ導波路３０４によって約１０μｍの幅のスポットサイズを有するように広げられ、グレーティング３０６によって回折され、シングルモード光ファイバ３１０へ結合される。本発明のこのような実施例によれば、上記のように、シングルモード光ファイバ３１０への光信号の結合が可能となる。
　光変調器１０８Ａから出力される光の一部は、当該光が光結合器１１４を介して光導波路１１８へ結合されるときに、光結合器１１４によって反射される。この反射された光信号が変調器１０８Ａ、光分岐１０６Ａ及び光分岐１０４を介して光源１０２へと戻ると、光源１０２の動作が不安定になる。この問題を解決するため、本実施例においては、光変調器１０８Ａから出力される光を単一の光結合器１１４へ導くのではなく、当該光を、光分岐１１０を用いて２つの光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂへ意図的に分岐する。光導波路１１２Ａは光結合器１１４に接続され、光導波路１１２Ｂは光反射部１１６に接続される。
　光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂ、光結合器１１４並びに光反射部１１６は、光結合器１１４及び光反射部１１６からそれぞれ反射されて光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂを介して光分岐１１０へ戻される光の位相差が、光分岐１１０の光源側において（２ｍ－１）π（ｍは整数）となるように構成される。好ましくは、ｍ＝１又はｍ＝０である。
　この目的のため、例えば、光回路１００は、光分岐１１０における変調器側の導波路に対する光導波路１１２Ａまでの位相と、変調器側の導波路に対する光導波路１１２Ｂまでの位相が等しく、光結合器１１４及び光反射部１１６が同じ反射係数を有し、且つ、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂの往復の光路長が（ｍ－１／２）λ（ｍは整数、λは光源１０２から放射される光の波長）だけ異なるように構成されてもよい。この場合、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂは、片道の光路長が（（ｍ－１／２）λ）／２だけ異なるように構成されることになる。特に、本実施例の光回路１００は光変調器１０８Ａによって変調された光信号の戻り光を低減するものであるから、光結合器１１４及び光反射部１１６のそれぞれから反射される光信号のずれが光分岐１１０において例えば１／１００ビット以下となることが望ましい。これを実現するため、光導波路１１２Ａと光導波路１１２Ｂとの間の長さの差が（ｃ／ｎｇ）×（１／ｋ）（単位：ｍ）の１００分の１以下であることが望ましい。ここで、ｎｇは光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂの群屈折率、ｃ（ｍ／ｓ）は光の速度、ｋ（ｂｐｓ）は信号の伝送速度である。
　また、光回路１００は、光結合器１１４から反射されて光分岐１１０へ戻される光と光反射部１１６から反射されて光分岐１１０へ戻される光との位相差が光分岐１１０において（２ｍ－１）πとなるように、光分岐１１０における変調器側の導波路に対する光導波路１１２Ａまでの位相と、変調器側の導波路に対する光導波路１１２Ｂまでの位相が等しく、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂが異なる光路長を有し、光結合器１１４及び光反射部１１６が異なる反射係数を有するように構成されてもよい。例えば、光回路１００は、光結合器１１４の反射係数の位相と光反射部１１６の反射係数の位相との間の差がφであるように構成され、光分岐１１０及び光結合器１１４の間の光路長と光分岐１１０及び光反射部１１６の間の光路長との差分が片道で（（ｍ－１／２）－φ／π／２）λ／２であり、ｍは整数であり、λは光信号の波長であるように構成されてもよい。
　光分岐１１０における変調器側の導波路に対する光導波路１１２Ａまでの位相と、変調器側の導波路に対する光導波路１１２Ｂまでの位相が等しくするには、例えば光回路１００で示される１ｘ２のマルチモード干渉（ＭＭＩ）光結合器が用いられる。１ｘ２のＭＭＩの代わりに、後述の光回路４００や５００で用いられている光分岐部に２ｘ２のマルチモード干渉（ＭＭＩ）光結合器を用いてもよい。この場合には変調器側の導波路に対する光導波路１１２Ａまでの位相と、変調器側の導波路に対する光導波路１１２Ｂまでの位相はπ/２異なる。したがって、例えば、光結合器１１４の反射係数の位相と光反射部１１６の反射係数の位相との間の差がφであるように構成され、光分岐１１０及び光結合器１１４の間の光路長と光分岐１１０及び光反射部１１６の間の光路長との差分が片道で（ｍ－φ／π／２）λ／２であり、ｍは整数であり、λは光信号の波長であるように構成されてもよい。この場合においても、光結合器からの反射光と光反射部からの反射光との位相差が分岐部の光源側の光源の光が入射されるポートにおいて（２ｍ－１）π（ｍは整数）である。製造ばらつきを考えると２ｘ２のマルチモード干渉（ＭＭＩ）光結合器よりも１ｘ２のマルチモード干渉（ＭＭＩ）光結合器を用いることが望ましい。
　例えば、グレーティングカプラを光結合器１１４及び光反射部１１６として用いる場合、それぞれのグレーティングカプラにおけるグレーティングのピッチを変えることにより、反射係数の位相を調整することができる。光の伝搬定数をβとし、グレーティングのピッチをΛとし、Ｋ＝２π／Λとし、ディチューニングをδ＝β－Ｋにより定義すると、反射係数ｒは、均一なピッチのグレーティングの場合、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 と表すことができる。ここで、ｊは虚数単位、κは結合定数、σ2＝κ2-δ2、Ｌはグレーティングの長さである。
　光回路１００は、光結合器１１４のグレーティングから放射される光の導波路基板に対する角度と光反射部１１６のグレーティングから放射される光の導波路基板に対する角度とが異なるが光分岐１１０へ戻る反射係数の絶対値が同じになることを意図して構成されてもよい。この構成により、光回路１００は、光結合器１１４のグレーティングから放射される光と光反射器１１６のグレーティングから放射される光とを、明確に分離することができ、迷光のクロストークを抑制できる。この例において、式１によって表されるような光結合器１１４の反射係数と光反射部１１６の反射係数とは、反射係数の絶対値はほぼ等しいが、反射係数の位相が互いに異なる。分岐１１０における変調器側の導波路に対する光導波路１１２Ａまでの位相と、変調器側の導波路に対する光導波路１１２Ｂまでの位相が等しく、かつ、光結合器１１４及び光反射部１１６の反射係数の絶対値がほぼ等しく、反射係数の位相の差がφであるとすると、光回路１００は、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂのそれぞれの光路長の差分が（（ｍ－１／２）－φ／π／２）λ／２となるように構成することができる。この実施例によれば、グレーティングカプラを光結合器１１４及び光反射部１１６として用いる構成において、光結合器１１４から放射される光の導波路基板に対する角度と光反射部１１６から放射される光の導波路基板に対する角度が異なり、且つ、光結合器１１４及び光反射部１１６からそれぞれ反射されて光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂを介して光分岐１１０へ戻される光の位相差が光分岐１１０において（２ｍ－１）π（ｍは整数）となるような、光回路１００を実現することができる。
　また、グレーティングカプラが光結合器１１４及び光反射部１１６として用いられる実施例において、分岐１１０における変調器側の導波路に対する光導波路１１２Ａまでの位相と、変調器側の導波路に対する光導波路１１２Ｂまでの位相が等しく、かつ、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂは、等しい光路長を有するように構成され、光結合器１１４から反射される光の光導波路１１２Ａと光結合器１１４との間の接続点における位相と、光反射部１１６から反射される光の光導波路１１２Ｂと光反射部１１６との間の接続点における位相とが（２ｍ－１）π（ｍは整数）だけずれるように構成されてもよい。好ましくはｍ＝０又はｍ＝１である。この目的のため、式１で表される反射係数ｒの位相が光結合器１１４のグレーティングと光反射部１１６のグレーティングとの間で（２ｍ－１）π（ｍは整数）だけ異なるように、各グレーティングのピッチΛを設定してもよい。たとえば、式１においてκが等しくグレーティングピッチだけ異なり反射係数の位相をπずらすとすると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 とあらわせる。すなわち、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 となる。κとσを実数とすると、σ＝0、δ1＝-δ2＝κとなる。一般に、ｅｘをテイラー展開すると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 となり、ｘが十分に小さければ、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 となる。したがって、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 である。式６より、式１においてσＬが十分に小さいとき、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 となる。Ｌが１／κに比べて十分に大きい場合、式７から、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 となる。したがって、光結合器１１４に対してδ＝κとなるようにグレーティングピッチを決め、光反射部１１６に対してδ＝－κとなるようにグレーティングピッチを決めるとσ＝０となるから、それぞれ、ｒ∝－１及びｒ∝１である。すなわち、上記の関係を満たすようにそれぞれのグレーティングピッチを決定すれば、反射係数の位相は互いにπだけ異なり、反射率の絶対値はほぼ等しくなる。光結合器１１４及び光反射部１１６をこのように構成すれば、光結合器１１４により反射される光と光反射部１１６により反射される光とは、振幅がほぼ等しく位相差がπとなるから、これらの反射光を光分岐１１０において打ち消すことができる。
　光導波路１１８との結合部分において生じる反射光を打ち消すという効果を達成しつつ光回路１００の作製の再現性を高めるために、光結合器１１４及び光反射部１１６は、同じ製造工程によって作製することができるように、同じ構造を有することが望ましい。例えば、光結合器１１４及び光反射部１１６は、上記の例のようにグレーティングカプラとして構成されることが望ましい。この点においても、本発明の上記の実施例は有利な効果を持つ。例えば、従来技術による端面出射タイプのスポットサイズ変換を光反射部１１６に適用すると、劈開やダイシングなどで端面だしをするために導波路長の作製誤差が大きくなる。したがって、このような従来技術によれば、光回路１００の作製に必要な光路長差（例えば、λ／４）に相当する導波路長の制御ができない。これに対して、本発明の実施例のようにグレーティングカプラを光反射部１１６として用いれば、光反射部１１６を電子ビーム（ＥＢ）を用いて作製することができるから、光回路１００の作製の精度が高くなる。また、光結合器１１４及び光反射部１１６を構成するグレーティングカプラが全く同じ構造であれば均一なグレーティングピッチで構成されていなくてもよい。
　本発明の実施例において、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂは同じ断面構造を有してもよい。
　また、導波路の屈折率は温度で変化する。本発明の実施例において、光回路１００において、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂは周辺の温度変化に応じて同じ程度に屈折率が変化することが望ましい。片側の導波路のみ温度変化の影響をうけると、片側の導波路のみ光路長が変化し、光路長が長い場合には二つの導波路の位相が大きく変化してしまうためである。光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂは、方向性結合器として結合しない程度の距離だけ離れ且つ十分近い距離にあるように（例えば、並行に）配置されてもよい。このような実施例によれば、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂは、ＩＣや半導体レーザなどから発生する熱の影響による屈折率の変化を同じように受ける。その結果、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂの長さの差分だけ、温度変化の影響をうけることになる。たとえば、光結合器１１４と光反射部１１６が同じ反射係数を持ち、反射係数の絶対値も位相も等しい場合を考える。光導波路１１２Ａの光路長をＬ＋（（ｍ－１／２）λ）／２、光導波路１１２Ｂの光路長をＬとする。このとき、温度変化に伴い、屈折率が（１＋α）倍変化したとすると光導波路１１２Ａの光路長は（１＋α）（Ｌ＋（（ｍ－１／２）λ）／２）、光導波路１１２Ｂの光路長は（１＋α）Ｌとなり、二つの導波路の光路長の差は（１＋α）（（ｍ－１／２）λ）／２となる。ｍが１であれば、光路差は（１＋α）λ／４となる。αは小さいので往復の光路差は（１＋α）λ／２～λ／２となり、往復の位相差はπのまま保持される。一方、片側の光導波路１１２Ａのみ温度変化の影響を受けていたとすると、導波路１１２Ａの光路長は（１＋α）（Ｌ＋（（ｍ－１／２）λ）／２）、光導波路１１２Ｂの光路長はＬとなり二つの導波路の光路長の差はαＬ＋（１＋α）（（ｍ－１／２）λ）／２となる。この値は、ｍ＝１とするとαＬ＋（1＋α）λ／４となり、往復の光路差は２αＬ＋（１＋α）λ／２となる。たとえαが小さくても、Ｌが大きいために、往復の光路差は２αＬ＋λ／２となり、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂの間の往復の位相差をπに保持することは難しくなる。したがって、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂを、方向性結合器として結合しない程度の距離だけ離れ且つ十分近い距離にあるように（例えば、並行に）配置することにより、これらの導波路の光路差が所望の位相差の近傍に保持されるように制御することが容易になる。ここでは導波路間の往復の位相差をπとしたが、これに限らない。光導波路１１２Ａと光導波路１１２Ｂとの間隔は５０μｍ以下であることが望ましい。
　また、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂは、それぞれの断面構造が異なり、所望の位相差を生じるように意図的に構成されてもよい。例えば、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂは、同じ長さを有し、異なる実効屈折率を有するように構成されてもよい。実施例において、光導波路１１２Ａ及び１１２Ｂは、それぞれを介して光分岐１１０へ戻される光の位相差が光分岐１１０において（２ｍ－１）π（ｍは整数）となるように、コア及びクラッドの屈折率が異なるように構成したり、コア径が異なるように構成したりすることができる。
　図４は、本発明の別の実施例による光回路４００を示す。図１に示す光回路１００と同様に、光回路４００は、光源４０２、光分岐４０４、４０６Ａ及び４０６Ｂ、光変調器４０８Ａ、４０８Ｂ，４０８Ｃ及び４０８Ｄ、光分岐４１０、光導波路４１２Ａ及び４１２Ｂ、光結合器４１４並びに光反射部４１６を有する。光結合器４１４は、光分岐４１０を介して光導波路４１２Ａを伝播した光を、伝送のために光導波路４１８に結合するように構成される。光分岐４１０は少なくとも２つの入力と少なくとも２つの出力を有するカプラ（例えば、２×２カプラ）として構成される。光回路４００は、さらに、光導波路４１２Ｂ上に光位相調整部４２０を有する。光分岐４１０の２つの入力のうちの第１の入力が光変調器４０８Ａに接続され、第２の入力はフォトダイオードなどの光検出器４２２に接続される。
　光位相調整部４２０は、例えば、ＭＯＳ構造、ＰＮ構造、ヒーター等として構成されてもよい。ＭＯＳ構造の場合、光位相調整部４２０に電圧を印加することによって光導波路４１２Ｂを伝播する光の位相が調整される。ＰＮ構造の場合には光位相調整部４２０に電流が注入され、ヒーターの場合には光位相調整部４２０が加熱される。
　図４の実施例によれば、光結合器４１４及び光反射部４１６から光分岐４１０へ戻る光パワーのうち、光分岐４１０の第２の入力へ戻る光パワーが光検出器４２２によってモニタされる。光検出器４２２において検出される光パワーが最大になるとき、光分岐４１０の第１の入力から光変調器４０８Ａに戻る光パワーは最小となる。このとき、光結合器４１４によって反射されて光分岐４１０の第１の入力に戻される光の位相と光反射部４１６によって反射されて光分岐４１０の第１の入力に戻される光の位相との間の位相差は（２ｍ－１）π（ｍは整数）である。したがって、本実施例によれば、光検出器４２２において検出される光パワーが最大となるように光位相調整部４２０を制御することにより、光源４０２の動作を安定させることができる。図４の構成によれば、光導波路４１２Ａ及び４１２Ｂの長さに製造ばらつきが生じていても、光変調器４０８Ａに戻る光パワーを最小化することができ、光源４０２の動作を安定化させることができる。また、本実施例において、光位相調整部４２０及び光検出器４２２は他の光素子と同じプロセスで作製することができ、製造工程を増やす必要はない。
　図５は、本発明の別の実施例による光回路５００を示す。光回路５００は、図４に示す光回路４００と同様の構成に加えて、光導波路５１２Ａ上にも光位相調整部５２０Ａを有する。光位相調整部５２０Ａは光位相調整部５２０Ｂと同等の光損失を有するように構成される。光回路５００の動作において、光検出器５２２において検出される光パワーが最大となるように光位相調整部５２０Ｂが制御される一方、光位相調整部５２０Ａは駆動されない。図５の構成によれば、光導波路５１２Ａにおける光損失は光導波路５１２Ｂにおける光損失と同等であるので、光結合器５１４によって反射されて光分岐５１０に戻される光のパワーと光反射部５１０によって反射されて光分岐５１０に戻される光のパワーがほぼ等しくなる。したがって、光検出器５２２において検出される光が最大となるように光位相調整部５２０Ｂを制御することによって、光分岐５１０から光変調器５０８Ａに戻される光パワーをほとんど抑圧することができる。
　図４及び図５の実施例において、図２と同様に、製造ばらつき抑制の観点から光結合器４１４及び５１４と同様の光結合器を光反射部４１６及び５１６として用いることが望ましい。加えて、光分岐４１０および５１０はその製造ばらつきを抑制する観点と戻り光を最大限抑制する観点から、変調器からの光を光結合器に繋がる二つの導波路に等分に光を分岐するものであることが望ましい。しかしながら、設計された光反射部４１６および５１６の反射係数の絶対値が光結合器４１４および５１４と異なる場合には、戻ってくる光パワーを光分岐の分岐の比率を設計で変更することで調整してもよい。
　図６は、本発明の別の実施例による光回路６００を示す。これは図４の光回路４００の変形例である。光回路６００において、光分岐６１０は１つの入力を有し、光検出器６２２は、光分岐６１０の入力ではなく、光変調器６０８Ａの一方の入力に接続される。光回路６００は、光検出器６２２において検出される光パワーが最小となるように光位相調整部６２０を制御することによって、光源６０２の動作を安定化させることができる。光検出器６２２における光パワーが最小になる光位相調整部６２０の駆動条件（例えば、光位相調整部６２０がＭＯＳ構造である場合には、印加電圧）は直接決定されてもよい。また、光検出器６２２における光パワーが最大になる光位相調整部６２０の１つの駆動条件を決定し、さらに当該光パワーが次に最大になる光位相調整部６２０の別の駆動条件を決定し、これらの駆動条件の中間の値を用いて光位相調整部６２０が駆動されてもよい。
　なお、図５の光回路６００も、図６のようにして光検出器５２２が光変調器５０８Ａの一方の入力に接続されるように構成することができる。また、図６の光回路６００において、図５に示すように、別の光位相調整部を導波路６１２Ａ上に設けてもよい。
　光回路を上記のように構成することにより、光変調器からの光が伝送のために光結合器によって光導波路へ結合されるときに生じる反射光を打ち消すことができる。したがって、本実施例によれば、光源の動作の不安定性を低減することができる。また、本実施例によれば、光源の出力端に高価な光アイソレータを配置する必要がないから、光回路を低コストで作製することができる。シリコンフォトニクス技術を用いて光回路をＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板上に形成すれば、上記の特徴を備える光回路をシリコンプロセスを利用して基板上に高集積化することができるので、光回路を小型化し、製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。
　図７は、本発明の別の実施例による、光変調器以降の光回路において生じる反射光に起因する光源の動作の不安定性を低減することができる光回路７００を示す。光回路７００はシリコンフォトニクス技術を利用してＳＯＩ基板上に光素子を集積化することによって形成されてもよい。以下においては、光変調器７０８Ａの出力に接続された光回路の構成について具体的に説明するが、同様に構成された光回路が他の光変調器７０８Ｂ、７０８Ｃ及び７０８Ｄに接続されてもよい。
　光回路７００は、光変調器７０８Ａから出力される光を、光分岐７１０を介して２つの光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂへ分岐するように構成される。光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂは、光結合器７１４Ａ及び７１４Ｂにそれぞれ接続される。図７は、グレーティングカプラを光結合器７１４Ａ及び７１４Ｂとして用いる例を示す。グレーティングカプラは、Ｓｉ細線、Ｓｉ細線に接続されるテーパ導波路、テーパ導波路に接続されてグレーティングが形成された幅広導波路を含む。信号光の波長が１．３１μｍ帯である実施例において、Ｓｉ細線のコアは、例えば、６０ｎｍの厚さ及び５００ｎｍの幅を有する。テーパ導波路は、例えば、７００μｍの長さを有し、５００ｎｍの導波路幅を１０μｍまで広げ、幅広導波路へ接続される。グレーティングは、例えば、６３５ｎｍの周期及び５０％のデューティサイクルを有する。グレーティングは、例えば、１２０ｎｍの厚さを有し、６０ｎｍのエッチング深さを有するように構成することができる。この例において、Ｓｉ細線から入射される光信号は、テーパ導波路によって約１０μｍの幅のスポットサイズを有するように広げられ、グレーティングによって（例えば、上方に）回折され、光ファイバなどの光導波路へ結合される。
　本実施例において、グレーティングカプラ７１４Ａ及び７１４Ｂは、光分岐７１０によって分岐された光の一部をそれぞれ回折して、伝送のために同一の光導波路７１８へ結合するように構成される。図７において二つのグレーティングカプラ７１４Ａと７１４Ｂが対向するように配置されているが、その配置方法は問わない。グレーティングカプラの配置は図２に記載されるような平行な配置でも構わない。二つのグレーティングカプラ７１４Ａおよび７１４Ｂは、光導波路７１８に対して結合できるように近接していることが望ましい。光回路７００は、グレーティングカプラ７１４Ａのグレーティングから放射される光の導波路基板に対する角度とグレーティングカプラ７１４Ｂのグレーティングから放射される光の導波路基板に対する角度とが異なるが光分岐７１０へ戻る反射係数の絶対値が同じになることを意図して構成されてもよい。例えば、図１２に示すようにグレーティングを導波路に導波路に対して斜めに形成すると光は斜めのグレーティングに対して回折を生じる。グレーティングカプラを並行して配置して、二つのグレーティングカプラ１２１４Ａと１２１４Ｂの回折角を同じ角度でそれぞれ逆向きにとることで集光が可能となり、二つ離れたグレーティングカプラから一つの導波路への結合が容易となる。光導波路７１８は光ファイバであってもよい。光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂ、グレーティングカプラ７１４Ａ及び７１４Ｂは、グレーティングカプラ７１４Ａ及び７１４Ｂからそれぞれ反射されて光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂを介して光分岐７１０へ戻される光の位相差が、光分岐７１０の光源側において（２ｍ－１）π（ｍは整数）となるように構成される。好ましくは、ｍ＝１又はｍ＝０である。グレーティングと導波路に対する角度の大きさを二つのグレーティングカプラで同じとし、回折角の大きさを同じとしたことで二つのグレーティングカプラは同じ反射係数を有し、戻り光を最大限抑制することが可能となる。
　この目的のため、例えば、グレーティングカプラ７１４Ａ及び７１４Ｂが同じ反射係数を有する場合、分岐７１０における変調器側の導波路に対する光導波路７１２Ａまでの位相と、変調器側の導波路に対する光導波路７１２Ｂまでの位相が等しく、かつ、光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂは、往復の光路長が（ｍ－１／２）λ（ｍは整数、λは光源４０２から放射される光の波長）だけ異なるように構成されてもよい。この場合、光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂは、片道の光路長が（（ｍ－１／２）λ）／２だけ異なるように構成されることになる。特に、本発明は光変調器７０８Ａによって変調された光信号の戻り光を低減するものであるから、グレーティングカプラ７１４及び７１６のそれぞれから反射される光信号のずれが光分岐７１０において例えば１／１００ビット以下となることが望ましい。これを実現するため、光導波路７１２Ａと光導波路７１２Ｂとの間の長さの差が（ｃ／ｎｇ）×（１／ｋ）（単位：ｍ）の１００分の１以下であることが望ましい。ここで、ｎｇは光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂの群屈折率、ｃ（ｍ／ｓ）は光の速度、ｋ（ｂｐｓ）は信号の伝送速度である。
　また、光回路７００は、グレーティングカプラ７１４Ａから反射されて光分岐７１０へ戻される光とグレーティングカプラ７１４Ｂから反射されて光分岐７１０へ戻される光との位相差が光分岐７１０において（２ｍ－１）πとなるように、光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂが異なる光路長を有し、グレーティングカプラ７１４Ａ及びグレーティングカプラ７１４Ｂが異なる反射係数を有するように構成されてもよい。例えば、光回路７００は、１ｘ２のＭＭＩを用いて分岐７１０における変調器側の導波路に対する光導波路７１２Ａまでの位相と、変調器側の導波路に対する光導波路７１２Ｂまでの位相が等しく、かつ、グレーティングカプラ７１４Ａの反射係数の位相とグレーティングカプラ７１４Ｂの反射係数の位相との間の差がφであるように構成され、光分岐７１０及びグレーティングカプラ７１４Ａの間の光路長と光分岐７１０及びグレーティングカプラ７１４Ｂの間の光路長との差分が（（ｍ－１／２）－φ／π／２）λ／２であり、ｍは整数であり、λは光信号の波長であるように構成されてもよい。
　１ｘ２のＭＭＩの代わりに、後述の光回路８００や９００で用いられている光分岐部に２ｘ２のマルチモード干渉（ＭＭＩ）光結合器を用いてもよい。この場合には変調器側の導波路に対する光導波路７１２Ａまでの位相と、変調器側の導波路に対する光導波路７１２Ｂまでの位相はπ/２異なる。したがって、例えば、グレーティングカプラ７１４Ａの反射係数の位相とグレーティングカプラ７１４Ｂの反射係数の位相との間の差がφであるように構成され、光分岐７１０及びグレーティングカプラ７１４Ａの間の光路長と光分岐７１０及びグレーティングカプラ７１４Ｂの間の光路長との差分が片道で（ｍ－φ／π／２）λ／２であり、ｍは整数であり、λは光信号の波長であるように構成されてもよい。この場合においても、グレーティングカプラ７１４Ａからの反射光とグレーティングカプラ７１４Ｂからの反射光との位相差が分岐部の光源側の光源の光が入射されるポートにおいて（２ｍ－１）π（ｍは整数）である。製造ばらつきを考えると２ｘ２のマルチモード干渉（ＭＭＩ）光結合器よりも１ｘ２のマルチモード干渉（ＭＭＩ）光結合器を用いることが望ましい。反射係数の絶対値が光結合器７１４Ａと７１４Ｂとで異なる場合、戻ってくる光パワーを光分岐の分岐の比率を設計で変更することで調整してもよい。
　図１３に示すように一方のグレーティングを導波路に導波路に対して斜めに形成し、もう一方のグレーティングカプラを普通に導波路に対して直交するするように配置してもよい。グレーティングカプラを並行して配置することで、グレーティングカプラ１３１４Ａからの光は回折してグレーティングカプラ１３１４Ｂの光に近づくことで集光が可能となり、二つ離れたグレーティングカプラから一つの導波路への結合が容易となる。この例において、１ｘ２のマルチモード干渉（ＭＭＩ）光結合器を用い、反射係数の位相の差がφであるとすると、光回路７００は、光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂのそれぞれの光路長の差分が（（ｍ－１／２）－φ／π／２）λ／２となるように構成することができる。この実施例によれば、グレーティングカプラ７１４Ａから放射される光の導波路基板に対する角度とグレーティングカプラ７１４Ｂから放射される光の導波路基板に対する角度が異なり、且つ、グレーティングカプラ７１４Ａ及びグレーティングカプラ７１４Ｂからそれぞれ反射されて光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂを介して光分岐７１０へ戻される光の位相差が光分岐７１０において（２ｍ－１）π（ｍは整数）となるような、光回路７００を実現することができる。製造ばらつきの抑制の観点から光分岐７１０の分岐比は１：１であることが望ましい。グレーティングカプラ７１４Ａの反射係数とグレーティングカプラ７１４Ｂの反射係数とは、グレーティングのピッチや、グレーティングの深さ、長さＬ、結合定数κ、duty比を調整することで反射係数の位相が互いに異なるが反射係数の絶対値はほぼ等しいように設計することが可能である。反射係数の絶対値を同じにすることで、戻り光を低減することができる。また、反射係数の絶対値が光結合器７１４Ａと７１４Ｂとで異なる場合でも、戻ってくる光パワーを光分岐の分岐の比率を設計で変更することで調整することができ、同じ光パワーが位相差πで元の導波路に結合することで戻り光を抑制することができる。
　また、図７に示される光回路において、分岐７１０における変調器側の導波路に対する光導波路７１２Ａまでの位相と、変調器側の導波路に対する光導波路７１２Ｂまでの位相が等しく、光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂは、等しい光路長を有するように構成され、グレーティングカプラ７１４Ａから反射される光の光導波路７１２Ａとグレーティングカプラ７１４Ａとの接続点における位相と、グレーティングカプラ７１４Ｂから反射される光の光導波路７１２Ｂとグレーティングカプラ７１４Ｂとの接続点における位相とが、（２ｍ－１）π（ｍは整数）だけずれるように構成されてもよい。この目的のため、式１で表される反射係数ｒの位相がグレーティングカプラ７１４Ａのグレーティングとグレーティングカプラ７１４Ｂのグレーティングとの間で（２ｍ－１）π（ｍは整数）だけ異なるように、各グレーティングのピッチΛを設定してもよい。グレーティングカプラ７１４Ａに対してδ＝κとなるようにグレーティングピッチを決め、グレーティングカプラ７１４Ｂに対してδ＝－κとなるようにグレーティングピッチを決めるとσ＝０となるから、それぞれ、ｒ∝－１及びｒ∝１である。したがって、上記の関係を満たすようにそれぞれのグレーティングピッチを決定すれば、反射係数の位相は互いにπだけ異なり、反射率の絶対値はほぼ等しくなる。グレーティングカプラ７１４Ａ及びグレーティングカプラ７１４Ｂをこのように構成すれば、グレーティングカプラ７１４Ａにより反射される光とグレーティングカプラ７１４Ｂにより反射される光とは、振幅がほぼ等しく位相差がπとなるから、これらの反射光を光分岐７１０において打ち消すことができる。反射係数ｒは、グレーティングのピッチを変化させる代わりに、グレーティングの深さ、長さＬ、結合定数κ、duty比を変化させることによって調整されてもよい。
　本実施例によれば、グレーティングカプラ７１４Ａ及びグレーティングカプラ７１４Ｂを同じ製造工程によって作製することができる。したがって、グレーティングカプラにおいて生じる反射光を打ち消すという効果を達成しつつ、光回路７００の作製の再現性を高めることができる。
　本発明の実施例において、光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂは同じ断面構造を有してもよい。
　本発明の実施例において、導波路の屈折率は温度で変化しうる。本発明の実施例において、光回路７００において、光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂは周辺の温度変化に応じて同じ程度に屈折率が変化することが望ましい。片側の導波路のみ温度変化の影響をうけると、片側の導波路のみ光路長が変化し、光路長が長い場合には二つの導波路の位相が大きく変化してしまうためである。光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂは、方向性結合器として結合しない程度の距離だけ離れ且つ十分近い距離にあるように（例えば、並行に）配置されてもよい。このような実施例によれば、光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂは、ＩＣや半導体レーザなどから発生する熱の影響による屈折率の変化を同じように受ける。その結果、光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂの長さの差分だけ、温度変化の影響をうけることになる。たとえば、グレーティングカプラ７１４とグレーティングカプラ７１６が同じ反射係数を持ち、反射係数の絶対値も位相も等しい場合を考える。光導波路７１２Ａの光路長をＬ＋（（ｍ－１／２）λ）／２、光導波路７１２Ｂの光路長をＬとする。このとき、温度変化に伴い、屈折率が（１＋α）倍変化したとすると光導波路７１２Ａの光路長は（１＋α）（Ｌ+（（ｍ－１／２）λ）／２）、光導波路７１２Ｂの光路長は（１＋α）Ｌとなり二つの導波路の光路長の差は（１＋α）（（ｍ－１／２）λ）／２となる。ｍが１であれば、光路差は（１＋α）λ／４となる。αは小さいので往復の光路差は（１＋α）λ／２～λ／２となり、往復の位相差はπで保持される。ここでは導波路間の往復の位相差をπとしたが、これに限らず、導波路間で所望の位相差を生じさせるように制御することが容易になる。光導波路７１２Ａと光導波路７１２Ｂとの間隔は５０μｍ以下であることが望ましい。
　また、光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂは、それぞれの断面構造が異なり、所望の位相差を生じるように意図的に構成されてもよい。例えば、光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂは、異なる実効屈折率を有するように構成されてもよい。実施例において、光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂは、それぞれを介して光分岐７１０へ戻される光の位相差が光分岐７１０の光源側において（２ｍ－１）π（ｍは整数）となるように、コア及びクラッドの屈折率が異なるように構成したり、コア径が異なるように構成したりすることができる。
　本実施例の光回路７００は、上記のように、光変調器７０８Ａから出力される光を光分岐７１０によって２つの光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂへと分岐し、さらに、この２つの光導波路７１２Ａ及び７１２Ｂによって伝搬される光信号を、２つのグレーティングカプラ７１４Ａ及び７１４Ｂを用いて再び１つの光導波路７１８へと結合するという、特徴的な構成を有する。
　本実施例において、光回路７００は、グレーティングカプラ７１４Ａ及び７１４Ｂが、それぞれによって回折される光信号を、同一のマルチモード光導波路７１８へ結合するように構成されてもよい。マルチモード光導波路７１８は、例えば、マルチモード光ファイバであってもよい。
　例えば、グレーティングカプラ７１４Ａ及び７１４Ｂは、それぞれから回折される光のスポットサイズがマルチモード光導波路７１８の入射端においてマルチモード光導波路７１８のコア内に収まるように構成されてもよい。一例として、マルチモード光導波路７１８は、約５０μｍのコア径を有するマルチモード光ファイバであってもよく、グレーティングカプラ７１４Ａ及び７１４Ｂは、それぞれから回折される光のスポットサイズが約１０μｍとなるように構成されてもよい。この例によれば、グレーティングカプラ７１４Ａ及び７１４Ｂを適当に近接して配置するだけで、さらなる特別な光素子を用いることなく、グレーティングカプラ７１４Ａ及び７１４Ｂのそれぞれから回折される光信号の両方を、同一のマルチモード光導波路７１８に結合することができる。したがって、図１及び図２の実施例と比較して、光導波路７１８へと結合されて伝送される光信号のパワーを高めることができる。
　この実施例のように、マルチモード光ファイバなどのマルチモード光導波路７１８を用いるように光回路７００が構成されれば、光変調器７０８Ａから出力される光の反射による光源７０２の動作の不安定性を低減することに加えて、グレーティングカプラ７１４Ａ及び７１４Ｂのそれぞれから回折される光の両方を同一のマルチモード光導波路７１８へと結合して、光分岐７１０を用いた意図的な分岐に起因する光損失を抑制することができる。図１及び図２に示す実施例においては、光変調器１０８Ａより後の光素子からの反射光の悪影響を低減できるが、光導波路１１８へ結合される光信号のパワーが光分岐１１０によって（例えば、１／２に）低減される。しかし、本実施例によれば、この光信号のパワーの減衰の問題をも同時に解決することができる。
　また、本実施例によれば、図１及び図２の実施例と同様に、光源７０２の出力端に高価な光アイソレータを配置する必要がないから、光回路７００を低コストで作製することができる。シリコンフォトニクス技術を用いて光回路７００をＳＯＩ基板上に形成すれば、上記の特徴を備える光回路７００をシリコンプロセスを利用して基板上に高集積化することができる。したがって、光回路７００を小型化し、製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。さらに、光信号伝送用の光導波路７１８としてマルチモード光導波路を使用すれば、光回路７００をＳＯＩ基板が高集積化されて小型化される場合における光回路７００と光導波路７１８との間の位置合わせの誤差に対する許容度が高まる。
　図８は、本発明の別の実施例による光回路８００を概略的に示す。光回路８００においては、図７に示す光回路７００と同様の構成に加えて、光分岐８１０が少なくとも２つの入力と少なくとも２つの出力を有するカプラ（例えば、２×２カプラ）として構成される。変調器８０８からの光は光分岐８１０で半分に分けられ、光導波路８１２Ａおよび８１２Ｂと結合する。光回路８００は、さらに、光導波路８１２Ｂ上に光位相調整部８２０を有する。光分岐８１０の２つの入力のうちの第１の入力が光変調器８０８Ａに接続され、他方の第２の入力にはフォトダイオードなどの光検出器８２２が接続される。光位相調整部８２０は、例えば、ＭＯＳ構造、ＰＮ構造、ヒーター等であってもよい。
　光回路８００においては、光分岐８１０への戻り光のうち第２の入力へ戻る光のパワーが光検出器８２２によってモニタされる。光検出器８２２において検出される光パワーが最大になるとき、光分岐８１０の第１の入力から光変調器８０８Ａに戻る光パワーは最小となる。このとき、グレーティングカプラ８１４Ａによって反射されて光分岐８１０の第１の入力に戻される光の位相とグレーティングカプラ８１４Ｂによって反射されて光分岐８１０の第１の入力に戻される光の位相との間の位相差は（２ｍ－１）π（ｍは整数）である。したがって、光検出器８２２において検出される光パワーが最大となるように光位相調整部８２０を制御することにより、光源８０２の動作を安定させることができる。図８の構成によれば、図７に示す光回路７００の効果に加えて、光導波路８１２Ａ及び８１２Ｂの長さに製造ばらつきが生じても、光変調器８０８Ａに戻る光パワーを最小化することができ、光源８０２の動作をより安定化させることができる。
　図９は、本発明の別の実施例による光回路９００を示す。光回路９００は、図８に示す光回路８００と同様の構成に加えて、光導波路９１２Ａ上に光位相調整部９２０Ａを有する。光位相調整部９２０Ａは光位相調整部９２０Ｂと同等の光損失を有するように構成される。光回路９００の動作においては、光検出器９２２において検出される光パワーが最大となるように光位相調整部９２０Ｂが駆動される一方、光位相調整部９２０Ａは駆動されない。図９の構成によれば、光導波路９１２Ａにおける光損失は光導波路９１２Ｂにおける光損失と同等となる。したがって、グレーティングカプラ９１４Ａによって反射されて光分岐９１０に戻される光のパワーとグレーティングカプラ９１４Ｂによって反射されて光分岐９１０に戻される光のパワーがほぼ等しくなるので、光検出器９２２において検出される光が最大となるように光位相調整部９２０Ｂを制御することによって、光分岐９１０から光変調器９０８Ａに戻される光パワーを最小化することができる。
　図１０は、本発明の別の実施例による光回路１０００を示す。光回路１０００において、光分岐１０１０は１つの入力を有し、光検出器１０２２は光変調器１００８Ａの一方の入力に接続される。光回路１０００は、光検出器１０２２において検出される光パワーが最小となるように光位相調整部１０２０を制御することによって、光源１００２の動作を安定化させることができる。光検出器１０２２における光パワーが最小になる光位相調整部１０２０の駆動条件（例えば、光位相調整部１０２０がＭＯＳ構造の場合には、印加電圧）を直接決定してもよい。また、光検出器１０２２における光パワーが最大になる光位相調整部１０２０の１つの駆動条件を決定し、さらに当該光パワーが次に最大になる光位相調整部１０２０の別の駆動条件を決定し、これらの駆動条件の中間の値を用いて光位相調整部１０２０を動作させてもよい。ここでは光位相調整部を光導波路１０１２Ｂの側にしか形成していないが、戻ってくる光パワーを調整する観点から、光回路９００のように光導波路１０１２Ａの側にも光位相調整部を形成してもよい。
　製造ばらつき抑制の観点から二つのグレーティングカプラ８１４Ａと８１４Ｂ、９１４Ａと９１４Ｂ、１０１４Ａと１０１４Ｂは同じ構成であることが望ましい。加えて、光分岐８１０および９１０および１０１０は、戻り光を最大限に抑制する観点から、変調器からの光をグレーティングカプラに繋がる二つの導波路に等分に光を分岐するものであることが望ましい。しかしながら、光回路８００のように片側にのみ光位相調整部８２０が形成され、光分岐部に戻ってくる光パワーの絶対値が異なる場合には、戻ってくる光パワーを光分岐の分岐の比率を設計で変更することで調整してもよい。
　なお、図９の光回路９００も、図６のようにして光検出器９２２が光変調器９０８Ａの一方の入力に接続されるように構成することができる。また、図１０の光回路１０００において、図９に示すように、別の光位相調整部を導波路１０１２Ａ上に設けてもよい。
　図１１は、本発明の別の実施例による光回路１１００を概略的に示す。光変調器１１０８Ａ乃至１１０８Ｄ以降の構成は図１に示した実施例と同様である。本実施例において、光回路１１００は、光変調器１１０８Ａ及び１１０８Ｂからの反射光の位相と光変調器１１０８Ｃ及び１１０８Ｄからの反射光の位相との差が光源１１０２の手前で（２ｍ－１）π（ｍは整数）となるように構成される。好ましくはｍ＝１又はｍ＝０である。この目的のため、例えば、光変調器１１０８Ａ及び１１０８Ｂと光源１１０２との間の光導波路と、光変調器１１０８Ｃ及び１１０８Ｄと光源１１０２との間の光導波路は、往復の光路長が（ｍ－１／２）λ（ｍは整数、λは光源１１０２から放射される光の波長）だけ異なるように構成されてもよい。本実施例によれば、光回路１１００をこのように構成することにより、光変調器以降の光素子による反射光の問題だけでなく、光変調器からの反射光の問題をも解決することができる。
　光回路１１００は、光変調器１１０８Ａからの反射光の位相と光変調器１１０８Ｂからの反射光の位相とが光源１１０２の手前で（２ｍ－１）π（ｍは整数）となり、光変調器１１０８Ｃからの反射光の位相と光変調器１１０８Ｄからの反射光の位相とが光源１１０２の手前で（２ｍ－１）π（ｍは整数）となるように構成されてもよい。また、光回路１１００は、光変調器１１０８Ａからの反射光の位相と光変調器１１０８Ｃからの反射光の位相とが光源１１０２の手前で（２ｍ－１）π（ｍは整数）となり、光変調器１１０８Ｂからの反射光の位相と光変調器１１０８Ｄからの反射光の位相とが光源１１０２の手前で（２ｍ－１）π（ｍは整数）となるように構成されてもよい。
　本発明の実施例において、光路長は光の伝搬距離（ｄ）に伝搬光の有効屈折率（ｎ）を掛けたもので表すことができる。したがって、光路長は、分岐素子などの光素子の位置関係をずらして導波路の直線部の長さを変えることによって変えることができる。また、光路長は、光素子の位置を変えることなく光素子間の導波路の曲げ半径を変えることによって変えることができる。導波路は、例えば９０°の屈曲部を有してもよいし、他の曲り角度を有してもよい。また、導波路の幅を変えることによって有効屈折率を変えることにより、様々な光路長を得ることができる。さらに、導波路の高さを変えたり、導波路の温度を変化させたり、（例えば、１つ又は複数の導波路に応力の強い膜をかぶせるなどすることによって）複数の導波路のそれぞれにかかる応力を異なるようにしたり、導波路のコアやクラッドの材料を変えたりすることによって、様々な光路長を得ることができる。
　本発明は特定の実施例に関して記載されたが、本明細書に記載された実施例は、本発明を限定的に解釈することを意図したものではなく、本発明を例示的に説明することを意図したものである。本発明の範囲から逸脱することなく他の代替的な実施例を実施することが可能であることは当業者にとって明らかである。

Claims (18)

  1. 　光を分岐する第１の分岐部と、
    　前記分岐された光のうちの第１の分岐光を伝送のために第１の光導波路に結合する第１の光結合器と、
    　前記分岐された光のうちの第２の分岐光を反射する光反射部と
    を具備し、
    　前記第１の光結合器からの反射光と前記光反射部からの反射光との位相差が前記第１の分岐部の入力側において（２ｍ－１）πであり、ｍは整数である光回路。
  2. 　前記第１の分岐部及び前記第１の光結合器の間の第２の光導波路の長さと前記第１の分岐部及び前記光反射部の間の第３の光導波路の長さとの差が（ｃ／ｎｇ）×（１／ｋ）（単位：ｍ）の１００分の１以下であり、ｎｇは前記第２の光導波路及び前記第３の光導波路の群屈折率、ｃ（ｍ／ｓ）は光の速度、ｋ（ｂｐｓ）は信号の伝送速度である請求項１に記載の光回路。
  3. 　前記第１の分岐部は少なくとも２つの入力を有し、前記少なくとも２つの入力のうちの１つに光検出器が接続され、前記第３の光導波路上に第１の光位相調整部が設けられ、前記第１の光位相調整部は前記光検出器において検出される光パワーが最大となるように制御可能である請求項２に記載の光回路。
  4. 　前記第２の光導波路上に第２の光位相調整部が設けられる請求項３に記載の光回路。
  5. 　光源と、
    　前記光源から放射される光を変調して変調された光信号を出力する光変調器と
    をさらに具備し、
    　前記光変調器は少なくとも２つの入力を有し、該少なくとも２つの入力のうちの１つに光検出器が接続され、前記光変調器の出力が前記第１の分岐部に接続され、前記第３の光導波路上に第１の光位相調整部が設けられ、前記第１の光位相調整部は前記光検出器において検出される光パワーが最小となるように制御可能である請求項２に記載の光回路。
  6. 　前記第２の光導波路上に第２の光位相調整部が設けられる請求項５に記載の光回路。
  7. 　前記光反射部は第２の光結合器であり、前記第１の光結合器からの反射光と前記第２の光結合器からの反射光とが前記第１の光導波路へ結合される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光回路。
  8. 　前記第１の光結合器及び前記第２の光結合器はそれぞれ第１のグレーティングカプラ及び第２のグレーティングカプラであり、前記第１の光導波路はマルチモード光導波路である請求項７に記載の光回路。
  9. 　前記光回路は同一の基板上に形成され、前記第１のグレーティングカプラ及び前記第２のグレーティングカプラは並行して配置され、前記第１のグレーティングカプラ及び前記第２のグレーティングカプラの前記基板に対する回折角は同じ角度であり互いに逆向きである請求項８に記載の光回路。
  10. 　前記第１のグレーティングカプラ及び前記第２のグレーティングカプラは並行して配置され、前記第１のグレーティングカプラのグレーティングは前記第２の光導波路に対して斜めに形成され、前記第２のグレーティングカプラのグレーティングは前記第３の光導波路に対して直交するように形成され、前記第１のグレーティングカプラ及び前記第２のグレーティングカプラは反射係数の位相が互いに異なるが反射係数の絶対値がほぼ等しいように構成される請求項８に記載の光回路。
  11. 　光源と、
    　前記光源から放射される光を分岐する第２の分岐部と、
    　前記第２の分岐部からの光の第１の部分を変調して、変調された光信号を出力する第１の光変調器と、
    　前記第２の分岐部からの光の第２の部分を変調して、変調された光信号を出力する第２の光変調器と
    をさらに具備し、
    　前記第１の光変調器からの反射光と前記第２の光変調器からの反射光との位相差が前記第２の分岐部の入力側において（２ｍ－１）πであり、ｍは整数である請求項１乃至４及び７乃至８のいずれか１項に記載の光回路。
  12. 　前記光反射部は前記第１の光結合器と同一の反射係数を有する請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光回路。
  13. 　前記第１の光結合器の反射係数の位相と前記光反射部の反射係数の位相との間の差がφであり、前記第１の分岐部の入力側及び前記第１の光結合器の間の光路長と前記第１の分岐部の入力側及び前記光反射部の間の光路長との差分が（（ｍ－１／２）－φ／π／２）λ／２であり、ｍは整数であり、λは光の波長である請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光回路。
  14. 　前記第１の１ｘ２構成の分岐部について入力に対し二つの出力側の間で位相差が生じない分岐構成で、前記第１の分岐部及び前記第１の光結合器の間の光路長と前記第１の分岐部及び前記光反射部の間の光路長とが等しく、前記第１の光結合器から反射される光の前記第１の光結合器の入射端における位相と前記光反射部から反射される光の前記光反射部の入射端における位相との間の位相差が（２ｍ－１）πであり、ｍは整数である請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光回路。
  15. 　前記光回路は同一の基板上に形成され、前記第１の光結合器及び前記光反射部はそれぞれ第１のグレーティングカプラ及び第２のグレーティングカプラであり、前記第１のグレーティングカプラについてディチューニングδ＝κであり、前記第２のグレーティングカプラについてδ＝－κであるように、前記第１及び第２のグレーティングカプラのグレーティングピッチが決定され、ここで、κは結合定数であり、δ＝β－Ｋであり、βは光の伝搬定数であり、Ｋ＝２π／Λであり、Λはグレーティングピッチである請求項１４に記載の光回路。
  16. 　前記第２の分岐部から前記第１の光変調器までの第４の光導波路と、前記第２の分岐部から前記第２の光変調器までの第５の光導波路とは、方向性結合器として結合しない程度の距離だけ離れ且つ５０μｍ以下の距離に並行に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の光回路。
  17. 　前記第１の分岐部から前記第１の光結合器までの第２の光導波路と、前記第１の分岐部から前記光反射部までの第３の光導波路とは、方向性結合器として結合しない程度の距離だけ離れ且つ５０μｍ以下の距離に並行に配置されることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光回路。
  18. 　位相差は、
    　（ａ）光導波路の直線部の長さを変えること、
    　（ｂ）光導波路の曲げ半径を変えること、
    　（ｃ）光導波路の幅を変えること、
    　（ｄ）光導波路の高さを変えること、
    　（ｅ）光導波路の温度を変えること、
    　（ｆ）光導波路にかかる応力を変えること、
    　（ｇ）光導波路のコア又はクラッドの少なくとも１つの材料を変えること
    の少なくとも１つによって光導波路の光路長を変えることによりもたらされる請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光回路。
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