JP2013011777A - Differential phase-shift keying optical receiver - Google Patents

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Shigeki Makino
茂樹 牧野
Yasunobu Matsuoka
康信 松岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact delay interferometer allowing a low-cost packaging.SOLUTION: A differential phase-shift keying optical receiver includes a 1-bit delaying interferometer adapted to emit second light and third light that is 1-bit delayed compared with the second light, when first light is input. The 1-bit delaying interferometer is configured by sticking optical plates having half mirrors and total reflection mirrors.

Description

本発明は、光ファイバを用いた通信機器間の光伝送や,データ処理装置などの機器間又は機器内において、高速光信号を送受信する差動位相シフト変調光受信器に関する。   The present invention relates to a differential phase shift modulation optical receiver that transmits and receives high-speed optical signals between optical devices between communication devices using optical fibers or between devices such as data processing devices.

近年情報通信分野において、光を用いて大容量のデータを高速でやりとりする情報通信トラフィックの整備が急速に行われつつあり、これまで基幹、メトロ、アクセス系といった数km以上の比較的長い距離について光ファイバ網が展開されてきた。今後はさらに、伝送装置間(数m〜数百m)或いは装置内(数cm〜数十cm)といった極めて近距離についても、大容量データを遅延なく処理するため、信号配線を光化することが有効である。   In recent years, in the information and communication field, the development of information and communication traffic that exchanges large amounts of data at high speed using light is being carried out rapidly. Until now, relatively long distances of several kilometers or more such as backbone, metro, and access systems. Optical fiber networks have been deployed. In the future, in order to process large-capacity data without delay, even in extremely short distances such as between transmission devices (several meters to several hundreds of meters) or within devices (several centimeters to several tens of centimeters) Is effective.

機器間/内の光配線化に関して、例えばルータ/スイッチなどの伝送装置では、イーサなど外部から光ファイバを通して伝送された高周波信号をラインカードと呼ばれる回路ボードに入力する。このラインカードは1枚のバックプレーンに対して数枚で構成されており、各ラインカードへの入力信号はさらにバックプレーンを介してスイッチカードと呼ばれる回路ボードに集められ、スイッチカード内のLSIにて処理した後、再度バックプレーンを介して各ラインカードに出力している。ここで、現状の装置では各ラインカードから現状600Gbit/s以上の信号がバックプレーンを介してスイッチカードに集まる。これを現状の電気配線で伝送するには、伝播損失の関係で配線1本あたり1〜6Gbit/s程度に分割する必要があるため、100本以上の配線数が必要となる。   Regarding optical wiring between / inside devices, for example, in a transmission device such as a router / switch, a high-frequency signal transmitted from the outside such as an Ethernet through an optical fiber is input to a circuit board called a line card. This line card consists of several cards for one backplane, and the input signals to each line card are further collected on a circuit board called a switch card via the backplane, and are sent to the LSI in the switch card. Are processed and then output to each line card again via the backplane. Here, in the current apparatus, signals of 600 Gbit / s or more from each line card are collected on the switch card via the backplane. In order to transmit this with the current electrical wiring, it is necessary to divide the wiring into about 1 to 6 Gbit / s per wiring due to propagation loss, and therefore, the number of wirings of 100 or more is required.

さらに、これら高周波線路に対して波形成形回路や、反射、或いは配線間クロストークの対策が必要である。今後、さらにシステムの大容量化が進み、Tbit/s以上の情報を処理する装置になると、従来の電気配線では配線本数やクロストーク対策等の課題がますます深刻となってくる。これに対し、装置内ラインカード〜バックプレーン〜スイッチカードのボード間、さらにはボード内チップ間の信号伝送線路を光化することによって、10Gbps以上の高周波信号を低損失で伝播可能となるため、配線本数が少なくすむことと、高周波信号に対しても上記の対策が必要無くなるため有望である。また、上記ルータ/スイッチの他にも、ビデオカメラなどの映像機器やPC、携帯電話などの民生機器においても、今後画像高精細化にあたりモニタと端末間での映像信号伝送の高速・大容量化が求められるとともに、従来の電気配線では信号遅延、ノイズ対策等の課題が顕著となるため、信号伝送線路の光化が有効である。   Furthermore, it is necessary to take countermeasures against waveform shaping circuits, reflection, or crosstalk between wirings for these high-frequency lines. In the future, when the capacity of the system is further increased and the apparatus becomes a device that processes information of Tbit / s or more, problems such as the number of wirings and countermeasures against crosstalk become more serious in the conventional electric wiring. On the other hand, since it is possible to propagate high-frequency signals of 10 Gbps or more with low loss by opticalizing the signal transmission line between the board of the line card in the apparatus to the backplane to the switch card, and further between the chips in the board, This is promising because the number of wirings can be reduced and the above measures are not necessary for high-frequency signals. In addition to the above routers / switches, video devices such as video cameras and consumer devices such as PCs and mobile phones will increase the speed and capacity of video signal transmission between the monitor and terminals in the future for higher definition images. In addition, since conventional electrical wiring has problems such as signal delay and noise countermeasures, it is effective to make the signal transmission line optical.

このような高速光インターコネクション回路を実現し、機器間/内に適用するためには、安価な作製手段で性能面、小型・集積化、および部品実装性に優れる光モジュール、回路が必要となる。そこで、配線媒体に従来の光ファイバより安価で高密度化に有利な光導波路を用い、基板上に光学部品と光導波路を集積した小型、高速の光モジュールが提案されている。   In order to realize such a high-speed optical interconnection circuit and apply it between / inside devices, an optical module and circuit that are inexpensive in terms of performance, miniaturization / integration, and component mounting are required. . Therefore, a small and high-speed optical module has been proposed in which an optical waveguide that is cheaper and more advantageous for higher density than conventional optical fibers is used as a wiring medium, and an optical component and an optical waveguide are integrated on a substrate.

このような高速光インターコネクションモジュール向けの光源としては、垂直共振器型表面出射レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL)や、基板面内方向に共振器が構成され、かつ共振器の主出射光が入射する位置にテーパーミラーが配置されているか、又は基板面内方向に共振器の一部のみが構成され、かつ前記基板面上の共振器内にテーパーミラーが配置されている光素子などが提案されている。   As a light source for such a high-speed optical interconnection module, a vertical cavity surface emitting laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL), a resonator is formed in the in-plane direction of the substrate, and the main emitted light of the resonator An optical element in which a tapered mirror is disposed at a position where light is incident, or only a part of the resonator is configured in the in-plane direction of the substrate, and the tapered mirror is disposed in the resonator on the substrate surface. Proposed.

”Uncooled 25-Gb/s 2-km Transmission of a 1.3-μm Surface Emitting Laser” K. Adachi., et al., 22nd IEEE International Semiconductor Laser Conference, (ISLC2010), TuC5“Uncooled 25-Gb / s 2-km Transmission of a 1.3-μm Surface Emitting Laser” K. Adachi., Et al., 22nd IEEE International Semiconductor Laser Conference, (ISLC2010), TuC5

ここで述べたような光源は全て直接変調光源である。直接変調光源は、安価で小型である一方、緩和振動周波数により高速動作が制限されるため、将来的にさらなる高速動作(例えば各チャネルあたり40Gbps以上)が要求されるようになったとき、対応するのは容易ではない。例えば40Gbps以上の高速動作を実現する技術としては外部変調方式がある。数10km以上の長距離伝送が求められる通信系では、すでにさまざまな外部変調方式が実用に供せされている。さまざまな外部変調方式の中でも、差動位相シフト変調方式(Differential Phase Shift Keying: DPSK)は、40Gbps以上の高速化が可能、受信器の受信感度が強度変調方式に対して3dB向上するため、高品質な信号伝送が可能、などの優れた特長を有している。また、位相や強度、偏波を様々に組み合わせることにより、多値変調も可能であり、周波数利用効率向上の観点からも、近年盛んに研究開発がなされている。   All of the light sources described here are directly modulated light sources. Directly modulated light sources are cheap and small, but the high-speed operation is limited by the relaxation oscillation frequency, so if further high-speed operation (for example, 40 Gbps or more per channel) is required in the future, it will respond. It's not easy. For example, there is an external modulation method as a technique for realizing a high-speed operation of 40 Gbps or more. In communication systems that require long-distance transmission over several tens of kilometers, various external modulation methods have already been put to practical use. Among various external modulation schemes, differential phase shift keying (DPSK) is capable of speeding up to 40 Gbps or more, and the receiver sensitivity is 3 dB higher than the intensity modulation scheme. It has excellent features such as quality signal transmission. In addition, multi-level modulation is possible by variously combining the phase, intensity, and polarization, and research and development has been actively conducted in recent years from the viewpoint of improving frequency utilization efficiency.

しかしながら、このような位相シフト変調方式の問題点として、受信器が複雑になることが挙げられる。この課題を説明するため、まず差動位相シフト変調方式の原理を簡単に述べる。差動位相シフト方式では、位相変調された信号光を2分岐する。そして、分岐された一方の信号光を他方の信号光より、位相変調速度の1ビット分に相当した時間遅延させるようにする。その後、分岐された二つの光を干渉させる。干渉点において、1ビット相当量を遅延させた信号光の位相と、遅延させなかった信号光の位相とが、同相になる場合と逆相(π異なる)になる場合では、干渉後の光の進行経路が異なる。同相あるいは逆相の場合のそれぞれの進行経路の先にフォトダイオードを配置し、かつこれら二つのフォトダイオードのアノード、カソードを電気的に接続すれば、それぞれのホトダイオードの出力に流れる電流の向きを測定することにより、位相の変化を電気信号に置き換えることができる。なお、光を分岐、干渉させる手段としては、空間光学系ではビームスプリッタやハーフミラー、導波路光学系では多モード干渉計などが一般的である。   However, a problem with such a phase shift modulation scheme is that the receiver is complicated. In order to explain this problem, the principle of the differential phase shift modulation method will be briefly described first. In the differential phase shift method, the phase-modulated signal light is branched into two. Then, one of the branched signal lights is delayed from the other signal light by a time corresponding to one bit of the phase modulation speed. Thereafter, the two branched lights are caused to interfere with each other. At the interference point, when the phase of the signal light delayed by an amount equivalent to 1 bit and the phase of the signal light not delayed are in phase and opposite (π different), the light after interference The travel route is different. If a photodiode is placed at the end of each traveling path in the case of in-phase or reverse-phase, and the anode and cathode of these two photodiodes are electrically connected, the direction of the current flowing through the output of each photodiode is measured. By doing so, the phase change can be replaced with an electric signal. As means for branching and interfering light, a beam splitter or a half mirror is generally used in a spatial optical system, and a multimode interferometer is used in a waveguide optical system.

以上が位相変調方式の簡単な原理であるが、このような、信号光の分岐、1ビット相当の遅延量の付加、干渉を含めた受信系は、フォトダイオードが1つで構成される直接変調方式に比べてサイズ、コストの面で大きな課題である。また、遅延干渉計は、高精度な実装が要求されるため、実装コストも直接変調方式に比べて高い。よって、位相変調方式を採用した超高速インターコネクションを実現するためには、小型で実装コストが安い遅延干渉計を実現することが重要である。   The above is the simple principle of the phase modulation system. In such a receiving system including branching of signal light, addition of a delay amount equivalent to 1 bit, and interference, direct modulation consisting of one photodiode is performed. This is a big issue in terms of size and cost compared to the method. In addition, since the delay interferometer is required to be mounted with high accuracy, the mounting cost is higher than that of the direct modulation method. Therefore, in order to realize an ultrahigh-speed interconnection employing a phase modulation method, it is important to realize a delay interferometer that is small in size and low in mounting cost.

以上より、本発明の目的は、小型な遅延干渉計を備えた差動位相シフト変調光受信器を提供することにある、   As described above, an object of the present invention is to provide a differential phase shift modulation optical receiver including a small delay interferometer.

上記目的を達成する手段の一つに次の手段がある。   One of the means for achieving the above object is as follows.

第1の光を入力した場合に第2の光と前記第2の光よりも1ビット分遅延した第3の光を出力する1ビット遅延干渉計を備えた差動位相シフト変調光受信器において、1ビット遅延干渉計がハーフミラーと全反射ミラーを有する光学プレートが貼り合わされて構成されているものを用いる。   In a differential phase shift modulation optical receiver including a 1-bit delay interferometer that outputs a second light and a third light delayed by 1 bit from the second light when the first light is input A 1-bit delay interferometer is used in which an optical plate having a half mirror and a total reflection mirror is bonded.

本発明によれば、小型な遅延干渉計を備えた差動位相シフト変調光受信器を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the differential phase shift modulation optical receiver provided with the small delay interferometer can be provided.

実施例1の遅延干渉計の概要を示す図である。1 is a diagram showing an outline of a delay interferometer of Embodiment 1. FIG. 実施例2の遅延干渉計の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the delay interferometer of Example 2. FIG. 実施例3の差動位相シフト変調受信器の概要を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an outline of a differential phase shift modulation receiver according to a third embodiment. 実施例4の差動位相シフト変調受信器の概要を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an outline of a differential phase shift modulation receiver according to a fourth embodiment. 実施例5の差動位相シフト変調受信器アレイの概要を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view illustrating an outline of a differential phase shift modulation receiver array according to a fifth embodiment. 実施例6の差動位相シフト変調受信器を用いた光モジュールの概要を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an outline of an optical module using a differential phase shift modulation receiver according to a sixth embodiment. 実施例7の差動位相シフト変調受信器の概要を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an outline of a differential phase shift modulation receiver according to a seventh embodiment. 実施例8の差動位相シフト変調受信器の概要を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an outline of a differential phase shift modulation receiver according to an eighth embodiment. 実施例9の差動位相シフト変調受信器を用いた光モジュールの概要を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an outline of an optical module using a differential phase shift modulation receiver according to a ninth embodiment. 実施例10の差動位相シフト変調受信器の概要を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an outline of a differential phase shift modulation receiver according to a tenth embodiment. 差動位相シフト変調受信器の模式図である。It is a schematic diagram of a differential phase shift modulation receiver. 光モジュールの模式図である。It is a schematic diagram of an optical module.

以下に、図面を用いて、本発明の実施の形態を詳細に述べる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、実施例1である遅延干渉計の概要を示す図である。本実施例では、母材ガラス101により、全反射ミラー102とハーフミラー103を挟み込んだ構造を有する光学プレートを基本構造として用いている。なお、信号光は、図中の矢印で示すように母材ガラス101に対して垂直に入射し、前記全反射ミラー102とハーフミラー103は、信号光に対して45°の角度をなす。このような光学プレートは、例えば、次のような手順により形成可能である。まず、第一のガラス板上にまずハーフミラーを形成するような誘電膜を形成し、次いで第二のガラス板を接着し、さらにその上に全反射ミラーを形成するような誘電膜を形成する。続いて、もう一枚の板ガラスを接着し、これら三枚の板ガラスと、二層の誘電膜からなる構造を、45°の角度をなすようにスライスし、最後に余計な部分をダイシングや研摩などの手法によりカットすれば、図に示すような光学プレートが得られる。この時に、全反射ミラー、ハーフミラーを形成する誘電膜は、45°で入射する光に対してそれぞれの反射率を形成するように厚さ、屈折率を調整することが肝要である。また、前記の第二のガラス板の厚さを、45°で進行する光に対して、所望のビットレートの1/2に相当する厚さにする必要がある。例えば、40Gbpsの変調速度を想定し、かつ、母体ガラスの屈折率を1.5とすれば、必要なガラス板の厚さは下記の式より、(ガラスの厚さ)=c/(n x Bit rate) x 1/2 x cos45°= 1.77mm
程度となる。(c:高速、n:屈折率)
このようにして形成した光学プレートを、全反射ミラー同士、ハーフミラー同士とを向き合わせる、図に示すような向きで貼り合わせれば、小型で高精度な遅延干渉計を形成することができる。光学プレートの貼り合わせには、ガラスと同等の屈折率を持つ接着剤の使用などが好適である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of the delay interferometer according to the first embodiment. In this embodiment, an optical plate having a structure in which a total reflection mirror 102 and a half mirror 103 are sandwiched by a base material glass 101 is used as a basic structure. The signal light is perpendicularly incident on the base glass 101 as indicated by the arrows in the figure, and the total reflection mirror 102 and the half mirror 103 make an angle of 45 ° with respect to the signal light. Such an optical plate can be formed by the following procedure, for example. First, a dielectric film that forms a half mirror is first formed on the first glass plate, then a second glass plate is bonded, and a dielectric film that forms a total reflection mirror is formed thereon. . Next, another sheet glass is bonded, and the structure consisting of these three sheet glass and two layers of dielectric film is sliced at an angle of 45 °, and finally the extra part is diced or polished, etc. If it cuts by this method, an optical plate as shown in a figure will be obtained. At this time, it is important to adjust the thickness and the refractive index of the dielectric film forming the total reflection mirror and the half mirror so as to form respective reflectivities for light incident at 45 °. Further, the thickness of the second glass plate needs to be a thickness corresponding to 1/2 of a desired bit rate with respect to light traveling at 45 °. For example, assuming a modulation rate of 40 Gbps and assuming that the refractive index of the base glass is 1.5, the required glass plate thickness is (glass thickness) = c / (nx Bit rate) x 1/2 x cos45 ° = 1.77mm
It will be about. (c: high speed, n: refractive index)
If the optical plate thus formed is bonded in a direction as shown in the figure in which the total reflection mirrors and the half mirrors face each other, a small and highly accurate delay interferometer can be formed. For bonding the optical plate, it is preferable to use an adhesive having a refractive index equivalent to that of glass.

実際の遅延干渉計としての動作を、図1を用いて説明する。第1の光を入力した場合に、第2の光と第2の光よりも1ビット相当遅延した第3の光とを出力する1ビット遅延干渉計は、第1ハーフミラーと第1全反射ミラーとを有する第1光学プレートと、第2ハーフミラーと、第2全反射ミラーと、を有する第2光学プレートとが貼り合わされている。   The actual operation as a delay interferometer will be described with reference to FIG. When the first light is input, the 1-bit delay interferometer that outputs the second light and the third light that is delayed by 1 bit from the second light has the first half mirror and the first total reflection. A first optical plate having a mirror, a second half mirror, and a second optical plate having a second total reflection mirror are bonded together.

また、遅延干渉計成は、同じ光学プレートを貼り合わせており、全反射ミラーの側面は、第1光学プレートの接合面に露出しており、第2全反射ミラーの側面が第2光学プレートの接合面に露出しており、第1全反射ミラーの側面と第2全反射ミラーの側面が接するようになっている。   In the delay interferometer, the same optical plate is bonded, the side surface of the total reflection mirror is exposed to the joint surface of the first optical plate, and the side surface of the second total reflection mirror is the second optical plate. The side surface of the first total reflection mirror is in contact with the side surface of the second total reflection mirror.

まず、遅延干渉計の右側から入射してきた第1の光は、ハーフミラー103aにより、垂直に折れ曲がる第4の光と、入射方向に対してそのまま進行する第5の光との二つに分岐される。垂直方向に折り曲げられた第4の光は、全反射ミラー102aおよび102bにより折り返され、ハーフミラー103bにおいて、直進してきた第5の光と干渉する。この時、最初に垂直に折り曲げられた第4の光は、1/2ビット相当の距離を往復することにより、ハーフミラー103bに到達するときには直進した第5の光の入射光である第2の光よりも、1ビット相当の遅延量が付与された第3の光となって入射されている。このため、ビット間の位相変調状態により、先に述べた原理に従い、干渉後の光の経路が変化する。このような構成にすることにより、4つのミラーの角度、距離が固定されているため、高精度な遅延干渉計が容易に形成可能である。   First, the first light that has entered from the right side of the delay interferometer is split by the half mirror 103a into a fourth light that is bent vertically and a fifth light that travels as it is in the incident direction. The The fourth light bent in the vertical direction is folded back by the total reflection mirrors 102a and 102b, and interferes with the fifth light traveling straight in the half mirror 103b. At this time, the fourth light that is first bent vertically is reciprocated by a distance corresponding to 1/2 bit, so that when it reaches the half mirror 103b, the second light that is the incident light of the fifth light that travels straight forward is obtained. It is incident as third light to which a delay amount equivalent to 1 bit is given rather than light. For this reason, the optical path after interference changes according to the phase modulation state between bits according to the principle described above. With such a configuration, since the angles and distances of the four mirrors are fixed, a highly accurate delay interferometer can be easily formed.

また、実際には、入射光および出射光、また異なる光学プレート間での多重反射等を防止するために、無反射膜104a、104b、無反射膜105および無反射膜106を形成することが望ましい。   In practice, it is desirable to form the nonreflective films 104a and 104b, the nonreflective film 105, and the nonreflective film 106 in order to prevent incident light and outgoing light, and multiple reflection between different optical plates. .

図2は、実施例2である遅延干渉計の概要を示す図である。実施例1では、光学プレートの貼り合わせに接着剤の使用を想定したため、無反射膜105を挿入しているが、ガラス界面での屈折率差を無くす手法(例えば熱融着など)を用いれば無反射膜105を形成する工程が省けるため、より簡便に遅延干渉計を形成することが可能である。その他の構成は実施例1と同じであり、遅延干渉計としての機能も変わるものではない。   FIG. 2 is a diagram illustrating an outline of the delay interferometer according to the second embodiment. In Example 1, since it is assumed that an adhesive is used for laminating the optical plate, the antireflective film 105 is inserted, but if a technique for eliminating the refractive index difference at the glass interface (for example, thermal fusion) is used. Since the step of forming the non-reflective film 105 can be omitted, it is possible to form a delayed interferometer more simply. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the function as a delay interferometer is not changed.

図3は、実施例3である差動位相シフト変調受信器の概要を示す図である。実施例1にて説明した遅延干渉計に、入射光をコリメートするレンズ107a, 出射光を受光するフォトダイオード108a, 108bおよびフォトダイオードと出射光の結合効率を向上させるためのレンズ107b, 107cが実装されている。このように、遅延干渉計以外の光学素子を、遅延干渉計に実装することにより、受信用モジュールをより小型に形成することが可能となる。なお、本図面では、コリメートレンズを光学プレートとは別体の素子として描いているが、例えば、熱拡散法などにより高屈折率材料を所望の位置に拡散させ、光学プレート自体にレンズを形成することもできる。   FIG. 3 is a diagram illustrating an outline of a differential phase shift modulation receiver according to the third embodiment. The delay interferometer described in the first embodiment includes the lens 107a for collimating incident light, the photodiodes 108a and 108b for receiving outgoing light, and the lenses 107b and 107c for improving the coupling efficiency between the photodiode and outgoing light. Has been. As described above, by mounting an optical element other than the delay interferometer on the delay interferometer, the receiving module can be made smaller. In this drawing, although the collimating lens is drawn as an element separate from the optical plate, for example, a high refractive index material is diffused to a desired position by a thermal diffusion method or the like to form a lens on the optical plate itself. You can also.

図4は、実施例4である差動位相シフト変調受信器の概要を示す図である。実施例3にて説明した構成において、フォトダイオード109a, 109bがレンズ集積型に置き換えられている。このように、レンズが形成されたフォトダイオードを使用することにより、実装部品点数、実装工程を削減し、受信用モジュールをより簡便に形成することが可能となる。   FIG. 4 is a diagram illustrating an outline of a differential phase shift modulation receiver according to the fourth embodiment. In the configuration described in the third embodiment, the photodiodes 109a and 109b are replaced with a lens integrated type. As described above, by using the photodiode in which the lens is formed, it is possible to reduce the number of mounting parts and the mounting process, and to more easily form a receiving module.

図5は、実施例5である差動位相シフト変調受信器アレイの概要を示す斜視図である。実施例4にて説明した構成において、複数の入力信号を一括並列処理できるように、光学プレートには充分な奥行きを持たせ、また、レンズ107’a、フォトダイオードアレイ109’a, 109’bが実装されている。なお、発明者の意図するところを分かりやすく伝えるため、便宜上無反射膜は図面から省略している。また、実施例1の説明より、このような光学プレートの作成方法も容易に想像できよう。このような構成により、大量の信号処理が可能な差動位相シフト変調受信器アレイを容易に実現でき、受信用モジュールのスループットを飛躍的に高めることが可能となる。   FIG. 5 is a perspective view illustrating an outline of a differential phase shift modulation receiver array according to the fifth embodiment. In the configuration described in the fourth embodiment, the optical plate has a sufficient depth so that a plurality of input signals can be processed in parallel, and the lens 107′a and the photodiode arrays 109′a and 109′b. Has been implemented. In order to convey the intention of the inventor in an easy-to-understand manner, the nonreflective film is omitted from the drawing for convenience. In addition, from the description of the first embodiment, a method for producing such an optical plate can be easily imagined. With such a configuration, a differential phase shift modulation receiver array capable of processing a large amount of signals can be easily realized, and the throughput of the receiving module can be dramatically increased.

図6は、実施例6である差動位相シフト変調受信器を用いた光モジュールの概要を示す図である。多層基板110の上に実施例4にて説明した構成、光ファイバ111、および集積回路116が実装されている。光ファイバを通って来た光は、多層基板110に固定された遅延干渉計に入射し、前述の機能に従い位相変調の状態によって、フォトダイオード109a,または109bに入射する。フォトダイオードに入射した光は電気信号に変換され、電気信号はワイヤ112、電気配線113、貫通ビア114、ハンダ115などを介して、集積回路116に入力される。集積回路116内で、フォトダイオード109a,および109bからの電流の極性が反対になるような構成にすることにより、位相変調信号が、+1/-1の電気信号に変換されるので、単純な強度変調である0/1の電気信号に比べ、受信感度が3dB向上する。このような構成により、差動位相シフト変調信号の受信モジュールが容易に実現できる。   FIG. 6 is a diagram illustrating an outline of an optical module using the differential phase shift modulation receiver according to the sixth embodiment. The configuration described in the fourth embodiment, the optical fiber 111, and the integrated circuit 116 are mounted on the multilayer substrate 110. The light that has passed through the optical fiber is incident on a delay interferometer fixed to the multilayer substrate 110, and is incident on the photodiode 109a or 109b according to the state of phase modulation according to the above-described function. Light incident on the photodiode is converted into an electrical signal, and the electrical signal is input to the integrated circuit 116 through the wire 112, the electrical wiring 113, the through via 114, the solder 115, and the like. By configuring the integrated circuit 116 so that the polarities of the currents from the photodiodes 109a and 109b are reversed, the phase modulation signal is converted into an electrical signal of + 1 / -1, which is simple. The reception sensitivity is improved by 3dB compared to 0/1 electrical signal, which is intensity modulation. With such a configuration, a differential phase shift modulation signal receiving module can be easily realized.

図7は、実施例7である差動位相シフト変調受信器の概要を示す図である。実施例4にて説明した構成において、母材ガラス101c、全反射ミラー102c, ハーフミラー103cより成る、第3の光学プレートが追加されている。図に示すように、このような構成にすることにより、フォトダイオード109a, 109bを同一平面に集積することができる。これにより、モジュール形成時の実装がより容易になる。なお、本構成においてハーフミラー103cは機能的役割を果たしていないので、必ずしも必要ではない。ただし、同じ基本構造を持つ光学プレートの向きを変えて貼り合わせることにより、図7のような構造が得られるので、作成上は利点がある。   FIG. 7 is a diagram illustrating an outline of a differential phase shift modulation receiver according to the seventh embodiment. In the configuration described in the fourth embodiment, a third optical plate including a base glass 101c, a total reflection mirror 102c, and a half mirror 103c is added. As shown in the figure, with such a configuration, the photodiodes 109a and 109b can be integrated on the same plane. Thereby, mounting at the time of module formation becomes easier. In this configuration, the half mirror 103c does not play a functional role and is not necessarily required. However, since the structure shown in FIG. 7 can be obtained by changing the direction of the optical plates having the same basic structure and bonding them together, there is an advantage in production.

図8は、実施例8である差動位相シフト変調受信器の概要を示す図である。実施例7にて説明した構成においては、第3の光学プレートで折り曲げられる光と、そうでない光との間の、干渉後の光路長差が問題となる。このような光路長差によりスキューが生じ、ジッタの原因となる。このため、両者の光長差を補償する工夫が必要である。その一つが、本実施例で示す構成である。フォトダイオード109bに入射する光に対して、ハーフミラー103bとフォトダイオード109bとの間に、高屈折率領域117を設ける。フォトダイオード109a、109bにそれぞれ入射する光間の光路長差は、母材ガラス101の、光の入射方向に対する厚さに等しいので、それに相当する屈折率差と厚さを高屈折率領域117に設けることにより、スキューを解消することができる。   FIG. 8 is a diagram illustrating an outline of a differential phase shift modulation receiver according to the eighth embodiment. In the configuration described in the seventh embodiment, a difference in optical path length after interference between light that is bent by the third optical plate and light that is not so becomes a problem. Such a difference in optical path length causes skew and causes jitter. For this reason, the device which compensates for the optical length difference of both is required. One of them is the configuration shown in this embodiment. For light incident on the photodiode 109b, a high refractive index region 117 is provided between the half mirror 103b and the photodiode 109b. Since the optical path length difference between the light incident on the photodiodes 109a and 109b is equal to the thickness of the base glass 101 with respect to the light incident direction, the corresponding refractive index difference and thickness are set in the high refractive index region 117. By providing, skew can be eliminated.

図9は、実施例9である差動位相シフト変調受信器を用いた光モジュールの概要を示す図である。実施例6にて説明した構成に比べて、フォトダイオード109a、109bが同一平面にあるため、多層基板上への実装および電気配線との接続がより容易になっている。本例では、実施例8のように、干渉後の光路長差を光学的解消する構成を採用していない。集積回路116内で、一方のフォトダイオードから入力される信号に対して、もう一方の光と位相が揃うように適切なタイミング調整を施すことにより、スキューを電気的に補償できる。   FIG. 9 is a diagram illustrating an outline of an optical module using the differential phase shift modulation receiver according to the ninth embodiment. Compared to the configuration described in the sixth embodiment, since the photodiodes 109a and 109b are on the same plane, mounting on a multilayer substrate and connection with electric wiring are easier. In this example, unlike the eighth example, a configuration that optically eliminates the optical path length difference after interference is not employed. In the integrated circuit 116, the skew can be electrically compensated by performing appropriate timing adjustment so that the phase of the signal input from one photodiode is aligned with that of the other light.

図10は、実施例10である差動位相シフト変調受信器の概要を示す図である。実施例4にて説明した構成において、第1、第2の光学プレートが、さらにそれぞれ第2の全反射ミラー102c, 102dを備える。追加されている。図に示すように、このような構成にすることにより、フォトダイオード109a, 109bを同一平面に集積することができる。これにより、モジュール形成時の実装がより容易になる。なお、本構成において全反射ミラー102cは機能的役割を果たしていないので、必ずしも必要ではない。ただし、同じ基本構造を持つ光学プレートの向きを変えて貼り合わせることにより、図10のような構造が得られるので、作成上は利点がある。なお、図11, 図12示す差動位相シフト変調受信器および光モジュールについての説明は、実施例8,9より容易に想像できるため、ここでは省略する。   FIG. 10 is a diagram illustrating an outline of a differential phase shift modulation receiver that is the tenth embodiment. In the configuration described in the fourth embodiment, the first and second optical plates further include second total reflection mirrors 102c and 102d, respectively. Have been added. As shown in the figure, with such a configuration, the photodiodes 109a and 109b can be integrated on the same plane. Thereby, mounting at the time of module formation becomes easier. Note that the total reflection mirror 102c does not play a functional role in this configuration and is not necessarily required. However, since the structure as shown in FIG. 10 can be obtained by changing the direction of the optical plates having the same basic structure and bonding them together, there is an advantage in production. The description of the differential phase shift keying receiver and the optical module shown in FIGS. 11 and 12 can be easily imagined from the eighth and ninth embodiments, and thus will be omitted here.

101a, 101b, 101c…母材ガラス、
102a, 102b, 102c, 102d…全反射ミラー、
103a, 103b, 103c, 103d…ハーフミラー、
104a, 104b, 104c…無反射膜、
105a…無反射膜、
106…無反射膜、
107a, 107b, 107c…コリメートレンズ、
107’a…コリメートレンズアレイ、
108a, 108b…フォトダイオード、
109a, 109b…レンズ集積フォトダイオード、
109’a, 109’b…レンズ集積フォトダイオードアレイ、
110…多層基板、
111…ファイバ、
112…ワイヤ、
113…電気配線、
114…貫通ビア、
115…ハンダ、
116…集積回路、
117…高屈折率部、
118…支持材、
119…ポリマー光導波路、
120…インターポーザ、
101a, 101b, 101c ... base glass,
102a, 102b, 102c, 102d ... total reflection mirror,
103a, 103b, 103c, 103d ... half mirror,
104a, 104b, 104c… Non-reflective film,
105a ... Non-reflective film,
106 ... Non-reflective film,
107a, 107b, 107c… collimating lens,
107'a ... collimating lens array,
108a, 108b ... photodiode,
109a, 109b ... Lens integrated photodiode,
109'a, 109'b… Lens integrated photodiode array,
110 ... Multilayer substrate,
111 ... fiber,
112 ... Wire,
113… Electric wiring,
114 ... through-via,
115 ... Solder,
116 ... integrated circuit,
117 ... High refractive index part,
118 ... support material,
119 ... polymer optical waveguide,
120 ... interposer,

Claims (15)

第1の光を入力した場合に、第2の光と前記第2の光よりも1ビット相当遅延した第3の光とを出力する1ビット遅延干渉計を備えた差動位相シフト変調光受信器において、
前記1ビット遅延干渉計は、第1光学プレートと第2光学プレートとが貼り合わされており、
前記第1光学プレートは、第1ハーフミラーと、第1全反射ミラーと、を有し、
前記第2光学プレートは、第2ハーフミラーと、第2全反射ミラーと、を有し、
前記第1ハーフミラーに斜め方向から入射された第1の光が、第4の光と第5の光に分離し、
第4の光が、前記第1の全反射ミラーと前記第2の全反射ミラーを介して、前記第2ハーフミラーに対して斜めな第1の方向から入射し、第5の光が、前記第1の全反射ミラーと前記第2の全反射ミラーを介さずに、前記第2ハーフミラーに斜めな第2の方向から入射することにより、前記第2の光と前記第3光とが、前記第2ハーフミラーから異なる方向に出力されることを特徴とする差動位相シフト変調光受信器。
Differential phase shift modulated light reception provided with a 1-bit delay interferometer that outputs the second light and the third light delayed by 1 bit from the second light when the first light is input In the vessel
The 1-bit delay interferometer has a first optical plate and a second optical plate bonded together,
The first optical plate has a first half mirror and a first total reflection mirror,
The second optical plate has a second half mirror and a second total reflection mirror,
The first light incident on the first half mirror from an oblique direction is separated into fourth light and fifth light,
The fourth light is incident on the second half mirror from the first oblique direction through the first total reflection mirror and the second total reflection mirror, and the fifth light is Without entering through the first total reflection mirror and the second total reflection mirror, incident on the second half mirror from the oblique second direction, the second light and the third light, The differential phase shift modulated optical receiver, wherein the second half mirror outputs light in different directions.
請求項1において、
前記複数の光学プレートの間には、所定の波長範囲の光に対する無反射膜を介して接合されていることを特徴とする差動位相シフト変調光受信器。
In claim 1,
A differential phase shift modulation optical receiver, wherein the plurality of optical plates are joined via a non-reflective film for light in a predetermined wavelength range.
請求項1において、
前記接合は光学プレート同士の融着によりなされていることを特徴とする差動位相シフト変調光受信器。
In claim 1,
The differential phase shift modulation optical receiver, wherein the joining is performed by fusing optical plates.
請求項1において、
前記第1全反射ミラーの側面は、前記第1光学プレートの接合面に露出しており、
前記第2全反射ミラーの側面は、前記第2光学プレートの接合面に露出しており、
前記第1全反射ミラーの側面と前記第2全反射ミラーの側面が接することを特徴とする差動位相シフト変調光受信器。
In claim 1,
The side surface of the first total reflection mirror is exposed on the bonding surface of the first optical plate,
The side surface of the second total reflection mirror is exposed to the joint surface of the second optical plate,
The differential phase shift modulation optical receiver, wherein a side surface of the first total reflection mirror is in contact with a side surface of the second total reflection mirror.
請求項1において、
前記第1光学プレートの側面には、前記第1ハーフミラーおよび前記第1全反射ミラーが露出しておらず、
前記第2光学プレートの側面には、前記第2ハーフミラーおよび前記第2全反射ミラーが露出していないことを特徴とする差動位相シフト変調光受信器。
In claim 1,
On the side surface of the first optical plate, the first half mirror and the first total reflection mirror are not exposed,
The differential phase shift modulation optical receiver, wherein the second half mirror and the second total reflection mirror are not exposed on a side surface of the second optical plate.
請求項1の差動位相シフト変調光受信器と、前記第2の光が入射する第1のフォトダイオードと、前記第3の光が入射する第2のフォトダイオードよりなるバランスフォトダイオードと、
前記バランスフォトダイオードからの電気信号を差動処理する集積回路を備え、
前記バランスフォトダイオードと前記集積回路とが電気配線で接続されていることを備えることを特徴とする光受信モジュール。
2. A differential phase shift modulation optical receiver according to claim 1, a first photodiode into which said second light is incident, and a balance photodiode comprising a second photodiode into which said third light is incident;
An integrated circuit for differentially processing the electrical signal from the balanced photodiode;
An optical receiver module comprising the balance photodiode and the integrated circuit connected by electrical wiring.
請求項1において、
前記第1光学プレートと前記第3光学プレートとで前記第2光学プレートを挟み込み、
前記第3光学プレートは、第3全反射ミラーを備え、
同じ面に前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードが配置され、
前記第3全反射ミラーによって、前記第2の光の光軸を前記第3の光の光軸方向に変換し、同じ面に配置された前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードに前記第2の光および前記第3の光を入射させることを特徴とする差動位相シフト変調光受信器。
In claim 1,
Sandwiching the second optical plate between the first optical plate and the third optical plate;
The third optical plate comprises a third total reflection mirror;
The first photodiode and the second photodiode are disposed on the same surface;
The third total reflection mirror converts the optical axis of the second light into the optical axis direction of the third light, and the first photodiode and the second photodiode arranged on the same plane are moved to the first photodiode. A differential phase shift modulation optical receiver, wherein the second light and the third light are incident.
請求項7において、
前記第2の光学プレートに、前記第2ハーフミラーの出力となる第3の光が照射される位置に前記光学プレートの基材よりも高屈折率材料が配置されていることを特徴とする差動位相シフト変調光受信器。
In claim 7,
A difference in that the second optical plate is provided with a material having a higher refractive index than that of the substrate of the optical plate at a position where the third light serving as the output of the second half mirror is irradiated on the second optical plate. Dynamic phase shift modulated optical receiver.
請求項7乃至8の差動位相シフト変調光受信器を備え、
前記バランスフォトダイオードからの2つの電気信号を差動処理する集積回路を備え、
前記バランスフォトダイオードと前記集積回路とが電気配線で接続されていることを備えることを特徴とする差動位相シフト変調光受信器。
A differential phase shift modulation optical receiver according to claim 7 to 8,
An integrated circuit that differentially processes two electrical signals from the balanced photodiode;
A differential phase shift modulation optical receiver comprising the balance photodiode and the integrated circuit connected by an electrical wiring.
請求項9において、
前記第1フォトダイオードの出力である第1電気信号と前記第2フォトダイオードの出力である第2電気信号との間の遅延時間を調整する回路を備えていることを特徴とする光受信モジュール。
In claim 9,
An optical receiver module comprising a circuit for adjusting a delay time between a first electric signal that is an output of the first photodiode and a second electric signal that is an output of the second photodiode.
請求項1において、
前記第2光学プレートは、前記第2全反射ミラーとで前記ハーフミラーを挟む第3全反射ミラーを備え、
前記第2光学プレートの同じ面に前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードが配置され、
前記第3全反射ミラーによって、前記第3の光の光軸を第2の光の光軸方向へ変換し、同じ面に配置された前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードに前記第2の光および前記第3の光を入射させることを特徴とする差動位相シフト変調光受信器。
In claim 1,
The second optical plate includes a third total reflection mirror that sandwiches the half mirror with the second total reflection mirror,
The first photodiode and the second photodiode are disposed on the same surface of the second optical plate;
The third total reflection mirror converts the optical axis of the third light in the direction of the optical axis of the second light, and the second photodiode is arranged on the first photodiode and the second photodiode disposed on the same plane. And a third phase light are incident on the differential phase shift modulation optical receiver.
請求項11において、
前記第2光学プレートは、前記第2ハーフミラーの出力となる第2の光が照射される位置に前記光学プレートの基材よりも高屈折率材料が配置されていることを特徴とする位相シフト変調光受信器。
In claim 11,
The second optical plate is characterized in that a higher refractive index material than the base material of the optical plate is disposed at a position where the second light serving as the output of the second half mirror is irradiated. Modulated light receiver.
請求項11乃至12の差動位相シフト変調光受信器を備え、
前記バランスフォトダイオードからの2つの電気信号を差動処理する集積回路を備え、
前記バランスフォトダイオードと前記集積回路とが電気配線で接続されていることを備えることを特徴とする位相シフト変調光受信器。
A differential phase shift modulated optical receiver according to claim 11 or 12,
An integrated circuit that differentially processes two electrical signals from the balanced photodiode;
The phase shift modulation optical receiver comprising the balance photodiode and the integrated circuit connected by an electrical wiring.
請求項13において、
前記第1フォトダイオードの出力である第1電気信号と前記第2フォトダイオードの出力である第2電気信号との間の遅延時間を調整する回路を備えていることを特徴とする光位相シフト変調光受信器。
In claim 13,
An optical phase shift modulation comprising a circuit for adjusting a delay time between a first electric signal which is an output of the first photodiode and a second electric signal which is an output of the second photodiode. Optical receiver.
請求項1において、
前記第1光学プレートと前記第2光学プレートは同じ光学プレートであり、さらに、
前記第1光学プレートと前記第2光学プレートは、前記第1ハーフミラーと前記第2ハーフミラーとが向かい合い、かつ前記第1全反射ミラーと前記第2全反射ミラーとが向かい合う向きに接合されたものであることを特徴とする位相シフト変調光受信器。
In claim 1,
The first optical plate and the second optical plate are the same optical plate;
The first optical plate and the second optical plate are joined so that the first half mirror and the second half mirror face each other and the first total reflection mirror and the second total reflection mirror face each other. What is claimed is: 1. A phase shift modulation optical receiver.
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