JP2016025513A - コヒーレント光受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】コヒーレント光受信機の電送特性劣化抑制及び小型化を実現する。【解決手段】本発明のコヒーレント光受信機は、４つの出力チャネルのそれぞれが、デュアル型フォトダイオードを構成する第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードと、第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードとからの電流信号を電圧信号に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプと、第１のフォトダイオードの第１の端子と第２のフォトダイオードの第１の端子に接続され、第１のフォトダイオードの第１の端子と第２のフォトダイオードの第１の端子とにバイアス用の電圧を印加する第１のバイアス用電源とを備え、第１のフォトダイオードの第２の端子がトランスインピーダンスアンプの正入力端子に接続され、第２のフォトダイオードの第２の端子がトランスインピーダンスアンプの補入力端子に接続されることを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、コヒーレント光受信機に関し、詳細には、コヒーレント光受信機の光電変換部に関する。

近年、ＬＴＥ、ＷｉＭＡＸ等の３．９Ｇ無線インターネット通信、及びＦＴＴＨによる有線インターネット通信等の広帯域伝送技術を利用するアプリケーションの急速な普及に伴い、通信ネットワークに要求される伝送容量は増大の一途を辿っている。波長多重を用いる基幹系の光ファイバ伝送網においても伝送容量の拡幅が急務であるが、このためには、波長による多重数を増やすばかりでなく、一波長あたりの伝送速度を増大させることが必要である。また、一波長あたりの伝送速度を増大させることは、伝送装置の小型化・低価格化の観点からも望ましい。さらに、中継器の数を削減するために、分散耐性が高く、伝送距離が長い伝送装置が必要とされる。

したがって、最近は一波長あたり１００Ｇｂ／ｓという高速での伝送を可能とし、高い分散耐性を有するディジタルコヒーレント技術に基づくコヒーレント送受信機が注目され、基幹回線での普及が始まっている。さらに、ディジタルコヒーレント技術は、より短い距離への適用も行われているが、より短い距離への適用についてもコヒーレント光送受信機の小型高集積・低消費電力化も求められている。このようなコヒーレント光送受信機について、ＣＦＰ（Ｃｅｎｔｕｍ Ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）及びより小型のＣＦＰ２、ＣＦＰ４に準拠した小型光送受信用デバイスの模索が始まっている。

光送受信器の内部に使用される光受信器についても同様である。ＯＩＦでＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ａｇｒｅｅｍｅｎｔによって規格化されたサイズ（非特許文献１参照）が普及しているが、この中では、既に普及しているＴｙｐｅ１に続いて、より小型のＴｙｐｅ２の規定もなされている。

しかし、ＣＦＰ２／４に内蔵する光受信器としては、ＯＩＦでＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ａｇｒｅｅｍｅｎｔによって規格化されたサイズよりもさらに小型の光受信器が求められている。このような小型の光受信器を実現するには、光受信器内部に実装する部品の簡略化・集積化をすることがコスト低減の観点からも望ましい。

"Implementation Agreement for Integrated Dual Polarization Intradyne Coherent Receivers", Optical Internet Forum, IA # IA # OIF-DPC-RX-01.2 November 14, 2013 http://www.oiforum.com/public/documents/OIF_DPC_RX-01.2.pdf ANALOG DEVICE 3.2Gbps,3.3V,Low Noise Transimpedance Amplifier ADN2880

図１は、従来のコヒーレント光受信器１００を示す構成図である。コヒーレント光受信器１００は、信号光入力ファイバ１２１からの信号光を分波する偏光ビームスプリッタ１０１と、局部発振光入力ファイバ１２２からの局部発振光を分波するビームスプリッタ１０２と、信号光と局部発振光を干渉させる９０度ハイブリッド回路１０３及び１０４と、９０度ハイブリッド回路１０３及び１０４からの干渉光を電気信号に変換する光電変換部１１０とを備える。光電変換部１１０は、９０度ハイブリッド回路１０３及び１０４から出射された干渉光を電流に変換するフォトダイオード（ＰＤ）１０５−１〜８と、ＰＤ１０５−１〜８からの電流を電圧に変換するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）１０６−１〜４とを備える。光電変換部１１０は、４つの出力チャネルを有し、各出力チャネルは、バランス動作に必要な２つのＰＤと、１つのＴＩＡを備えている。

コヒーレント光受信機１００は、入力ファイバ１２１から入力されたＤＰ−ＱＰＳＫ変調信号光を偏光ビームスプリッタ１０１により分波する。また、局部発振光入力導波路から入力された局部発振光をビームスプリッタ１０２により分波する。分波されたＤＰ−ＱＰＳＫ変調信号光及び局部発振光は、９０度ハイブリッド回路１０３及び１０４においてそれぞれ干渉され、さらにＤＰ−ＱＰＳＫ変調信号光の直交する偏波成分（Ｘ／Ｙ偏波）と、直交する位相成分（Ｉ／Ｑチャネル）に分離され、出射される。９０度ハイブリッド回路１０３及び１０４から出射された分離されたＤＰ−ＱＰＳＫ変調信号光の各成分（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）は、光電変換部１１０において高速差動電気信号に変換され、光電変換部１１０の４つのチャネルからそれぞれ出力される。

図２は、図１に記載のコヒーレント光受信機１００の光電変換部１１０の構成を示すブロック図である。光電変換部１１０は、光信号を電流信号に変換するＰＤ１０５−１〜８を有するＰＤチップ２１０が載せられたチップオンキャリア（ｃｈｉｐ ｏｎ ｃａｒｒｉｅｒ：ＣｏＣ）２２０を備える。また、光電変換部１１０は、ＰＤチップ２１０のＰＤ用のバイアス電源用端子２３１−１〜８及びフィルタが形成された外部素子部２３０と、ＰＤチップ２４０からの電流信号を電圧信号に変換するＴＩＡ１０６−１〜４が形成されるＴＩＡチップ２４０とを備える。光電変換部１１０は、ＰＤチップ２１０及びＴＩＡチップ２４０共に４つの出力チャネルがひとつのチップに集積されている。ＰＤチップ２１０には８個のＰＤ１０５−１〜８が１のチャネルにつきそれぞれ２つずつデュアル型に配置されている。

ＴＩＡチップ２４０には、ＰＤ１０５−１〜８からの電流信号を４つの出力チャネルの電圧信号に変換するＴＩＡ１０６−１〜４が形成され、出力端子ＯＴ１〜４及びＯＣ１〜４を有する。出力端子ＯＴ１〜４から各チャネルの正論理の信号が、出力端子ＯＣ１〜４から各チャネルの負論理の信号が出力される。ＣｏＣ２２０には、ＰＤチップ２１０のＰＤ１０５−１〜８のアノードとＴＩＡチップ２４０のＴＩＡ１０６−１〜４とを接続する伝送線路２２１−２、４、６、８、１０、１２、１４、１６、及びＧＮＤ線路２２１−１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７が形成される。外部素子には、ＰＤ１０５−１〜８それぞれのバイアス電源Ｖｐｄ１〜Ｖｐｄ８が接続される電源端子２３１−１〜８が形成される。

図３は、光電変換部１１０の各チャネル部のうちの１のチャネルを示す拡大図である。１のチャネルにおいて、ＣｏＣ２２０のＰＤチップ部２１０−１は、２つのＰＤ１０５−１及び１０５−２がデュアル型に配置されている。ＰＤ１０５−１のカソード（電源端子）は、コンデンサ３１２−１を介してＧＮＤ線路２２１−１及び２２１−３と、抵抗３１３−１及び３３１−１を介して外部素子部２３０の電源端子２３１−１においてＰＤ用バイアス電源Ｖｐｄ１に接続されている。また、ＰＤ１０５−２のカソード（電源端子）は、コンデンサ３１２−１を介してＧＮＤ線路２２１−５及び２２１−３と、抵抗３１３−２及び３３１−２を介して外部素子部２３０−１の電源端子２３１−２において電源Ｖｐｄ２に接続されている。ＰＤ１０５−１のアノード（信号端子）は伝送線路（信号線）２２１−２を介してＴＩＡ１０６−１の正入力端子と接続され、ＰＤ１０５−２のアノード（信号端子）は伝送線路（信号線）２２１−４を介してＴＩＡ１０６−１の補入力端子と接続される。外部素子部２３０−１の抵抗３３１−１及び３３１−２は共振防止のための抵抗である。抵抗３３１−１の両側に電源安定可用のコンデンサ３３２−１と３３３−１とが接続され、抵抗３３１−２の両側に電源安定化用の用のコンデンサ３３２−２と３３３−２とが接続される。

高速の光信号が入射した際に、電源Ｖｐｄ１により逆バイアスが印加されたＰＤ１０５−１（１０５−２）内部において、電子・正孔キャリア対が発生して電子はカソードに、正孔はアノードに移動するため、入射した光信号に対応した高周波の光電流がＰＤ１０５−１（１０５−２）から発生する。光電変換部１１０において、ＰＤ１０５−１（１０５−２）のカソードは、電源安定化用のコンデンサ３１２−１（３１２−２）に接続されているため、高周波の光電流がコンデンサ３１２−１（３１２−２）を流れることで、カソードのＰＤバイアス用の電圧はほぼ一定電位に保たれる。またＰＤ１０５−１（１０５−２）のアノード側から発生する光電流は、信号として、信号線２２１−２（２２１−４）を介してＴＩＡ１０６−１に入力される。

コヒーレント光受信器内部では、ＰＤ周辺に電源安定化用のコンデンサ及び共振抑止のための抵抗等の部品から構成されるバイアス電源用のフィルタを設ける必要がある。ここで、コヒーレント光受信機１００においては、図２及び図３のように、バイアス電源用フィルタを、外部素子部２３０に実装している。バイアス電源用フィルタを、ＰＤの内部素子ではなく外部素子とするのは、通常用いられるＰＤのプロセスや、ＣｏＣに用いられるセラミック基板のプロセスでは、コヒーレント光受信機において要求される数十ｐＦ等の大きな電気容量を作製するのに大きな面積を必要とするので現実的ではないためである。

図２に示すとおり、一つのＰＤ用のバイアス電源用フィルタにコンデンサ２個と抵抗１個が必要であるから、８個のＰＤを必要とするコヒーレント光受信器１００においては、通常、合計で２４個もの部品が必要になる。この部品を外部素子として使用すると、実装のため多くの領域が必要になり、外部素子が大きくなるばかりでなく実装コスト・部品コストを要するという課題があった。

非特許文献２には、ＰＤバイアス電源用フィルタの部品を削減した強度変調直接検波用に使用される光受信器のＴＩＡが記載されている。

非特許文献２はＴＩＡのデータシートであるが、推奨実装図（Ｆｉｇｕｒｅ１）として、ＴＩＡには、ＰＤのアノードだけでなく、カソードも接続している。ＰＤのカソードをＴＩＡに接続するメリットは、ＰＤのバイアス用電源回路に必要な抵抗やコンデンサをＴＩＡに内蔵し、部品点数を減らすことができることである。

非特許文献２に記載の技術をそのままコヒーレント光受信器に適用する場合、上記のように８個のコンデンサと８個の抵抗を、外部素子でなくＴＩＡ内に形成することができる。しかし、コンデンサは、その値が大きいほどＴＩＡのＩＣの上で表面積が大きくなるため、コヒーレント光受信機のコスト増の要因となるという課題がある。

非特許文献２に記載の技術によりＰＤをＴＩＡに接続する場合、アノード及びカソードの両方で伝送線路を介してＴＩＡに接続することになる。図４は、非特許文献２に記載の技術をＰＤとＴＩＡとの接続に適用した場合の様子を示す図である。図４のＰＤ４０１−１はアノード（信号端子）が伝送線路４０２−１を介してＴＩＡ４０４に接続され、カソード（電源端子）が伝送線路４０３−１を介してＴＩＡ４０４に接続されている。また、ＰＤ４０１−２はアノード（信号端子）が伝送線路４０２−２を介してＴＩＡ４０４に接続され、カソード（電源端子）が伝送線路４０３−２を介してＴＩＡ４０４に接続されている。

図４に記載のようにＰＤを構成した場合、インピーダンスが高くなりやすいというデメリットがある。具体的には、ＰＤチップ上、ＣｏＣ上、及びＴＩＡ部上のそれぞれで、伝送線路のインピーダンスが高くなりやすくなる。このインピーダンスの増加が大きい場合、周波数特性にピーキングをもたらし、群遅延偏差を大きくするなどして、伝送特性を劣化させやすいという課題がある。

また、伝送線路の両方４０２−１及び４０３−１（４０２−２及び４０３−２）において、同じ大きさの高周波信号を伝播することになってしまうが、この場合、隣接チャネルとの結合(クロストーク)が増大し、その結果伝送特性を劣化させやすいという課題がある。

本発明の目的は、このような課題を解決するためものである。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、４つの出力チャネルのそれぞれが、デュアル型フォトダイオードを構成する第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードと、前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとからの電流信号を電圧信号に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプと、前記第１のフォトダイオードの第１の端子と前記第２のフォトダイオードの第１の端子に接続され、前記第１のフォトダイオードの第１の端子と前記第２のフォトダイオードの第１の端子とにバイアス用の電圧を印加する第１のバイアス用電源とを備えるコヒーレント光受信機であって、前記第１のフォトダイオードの第２の端子が前記トランスインピーダンスアンプの正入力端子に接続され、前記第２のフォトダイオードの第２の端子が前記トランスインピーダンスアンプの補入力端子に接続されることを特徴とする。

また、本発明の第２の態様は、４つの出力チャネルのそれぞれが、デュアル型フォトダイオードを構成する第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードと、前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとからの電流信号を電圧信号に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプと、前記第１のフォトダイオードの第一の端子にバイアス用の電圧を印加する第１のバイアス用電源と、前記第２のフォトダイオードの第一の端子にバイアス用の電圧を印加する第２のバイアス用電源と備えるコヒーレント光受信機であって、前記第１のフォトダイオードの第１の端子と前記第２のフォトダイオードの第１の端子がコンデンサを介して接続され、前記第１のフォトダイオードの第２の端子が前記トランスインピーダンスアンプの正入力端子に接続され、前記第２のフォトダイオードの第２の端子が前記トランスインピーダンスアンプの補入力端子に接続されることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、４つのチャネルのそれぞれが、デュアル型フォトダイオードを構成する第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードと、前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとからの電流信号を電圧信号に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプと、前記第１のフォトダイオードにバイアス用の電圧を印加する第１のバイアス用電源と、前記第２のフォトダイオードにバイアス用の電圧を印加する第２のバイアス用電源とを備えるコヒーレント光受信機であって、前記第１のバイアス用電源と前記第１のフォトダイオードの前記第１の端子とを結ぶ配線と、前記第２のバイアス用電源と前記第２のフォトダイオードの前記第１の端子とを結ぶ配線と、の間には、コンデンサが挿入され、前記第１のフォトダイオードの第２の端子が前記トランスインピーダンスアンプの正入力端子に接続され、前記第２のフォトダイオードの第２の端子が前記トランスインピーダンスアンプの補入力端子に接続されることを特徴とする。

また、本発明の第４の態様は、第１又は第２の態様のコヒーレント光受信機であって、前記第１のバイアス用電源と前記第１のフォトダイオードの前記第１の端子とを結ぶ配線と、前記第２のバイアス用電源と前記第２のフォトダイオードの前記第１の端子とを結ぶ配線と、の間には、コンデンサが挿入されることを特徴とする。

また、本発明の第５の態様は、４つの出力チャネルのそれぞれが、第１のフォトダイオードの第１の端子と第２のフォトダイオードの第２の端子が接続されて構成されたバランス型フォトダイオードと、前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとからの電流信号を電圧信号に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプと、前記第１のフォトダイオードの第２の端子にバイアス用の電圧を印加する第１のバイアス用電源と、前記第２のフォトダイオードの第１の端子にバイアス用の電圧を印加する第２のバイアス用電源とを備えるコヒーレント光受信機であって、前記第１のフォトダイオードの第２の端子と前記第２のフォトダイオードの第１の端子がコンデンサを介して接続され、前記第１のフォトダイオードの第１の端子と前記第２のフォトダイオードの第２の端子が前記トランスインピーダンスアンプの１つの入力端子に接続されることを特徴とする。

また、本発明の第６の態様は、第１乃至第５のいずれか１つの態様のコヒーレント光受信機であって、前記第１のフォトダイオードの前記第１の端子及び前記第１のバイアス用電源、前記第１のフォトダイオードの前記第２の端子及び前記トランスインピーダンスアンプ、前記第１のフォトダイオードの前記第１の端子及び前記第２のバイアス用電源、前記第２のフォトダイオードの前記第２の端子及び前記トランスインピーダンスアンプは、それぞれチップオンキャリア上の伝送線路により接続されることを特徴とする。

また、本発明の第７の態様は、第１乃至第６のいずれか１つの態様のコヒーレント光受信機であって、前記トランスインピーダンスアンプの入力部、前記第１のフォトダイオードの前記第１の端子又は前記第２のフォトダイオードの前記第１の端子のいずれかに、フォトダイオード毎独立の光電流測定回路を備えることを特徴とする。

本発明は、コヒーレント光受信機の光電変換部において、電送特性劣化抑制及び光受信機の小型化を実現することができる。

従来のコヒーレント光受信器を示す構成図である。 図１に記載のコヒーレント光受信機の光電変換部の構成を示すブロック図である。 図２に記載の光電変換部の各チャネル部のうちの１のチャネルを示す拡大図である。 非特許文献２に記載の技術をＰＤとＴＩＡとの接続に適用した場合の様子を示す図である。 本発明の一実施形態にかかるコヒーレント光受信機を示す構成図である。 図５のコヒーレント光受信機の光電変換部の構成を示すブロック図である。 図６の電源安定化用のコンデンサの接続の他の例を説明する構成図である。 図６に示した本発明の一実施形態のＰＤチップの回路の変形例を示す図である。（ａ）〜（ｅ）は、ＰＤチップの回路のそれぞれの変形例を示す図である。

図５は、本発明の一実施形態にかかるコヒーレント光受信器５００を示す構成図である。コヒーレント光受信器５００は、信号光入力ファイバ５２１からの信号光を分波する偏光ビームスプリッタ５０１と、局部発振光入力ファイバ５２２からの局部発振光を分波するビームスプリッタ５０２と、信号光と局部発振光を干渉させる９０度ハイブリッド回路５０３及び５０４と、９０度ハイブリッド回路５０３及び５０４からの干渉光を電気信号に変換する光電変換部５１０とを備える。光電変換部５１０は、９０度ハイブリッド回路５０３及び５０４から出射された光信号を電流信号に変換するＰＤ５１１−１〜８と、ＰＤ５１１−１〜８からの電流信号を電圧信号に変換・増幅するＴＩＡ５１２−１〜４とを備える。光電変換部５１０は、４つの出力チャネルを有し、各出力チャネルは、バランス動作に必要な２つのＰＤと、１つのＴＩＡを備えている。

コヒーレント光受信機５００は、入力導波路５２１から入力されたＤＰ−ＱＰＳＫ変調信号光を偏光ビームスプリッタ５０１により分波する。また、局部発振光入力導波路から入力された局部発振光をビームスプリッタ５０２により分波する。分波されたＤＰ−ＱＰＳＫ変調信号光及び局部発振光は、９０度ハイブリッド回路５０３及び５０４においてそれぞれ干渉され、さらにＤＰ−ＱＰＳＫ変調信号光の直交する偏波成分（Ｘ／Ｙ偏波）と、直交する位相成分（Ｉ／Ｑチャネル）に分離され、出射される。９０度ハイブリッド回路５０３及び５０４出射された分離されたＤＰ−ＱＰＳＫ変調信号光の各成分（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）は、光電変換部５１０において高速差動電気信号に変換され、光電変換部５１０の４つのチャネルからそれぞれ出力される。

［光電変換部］
図６は、図５に記載のコヒーレント光受信機５００の光電変換部５１０の構成を示すブロック図である。光電変換部５１０は、ＰＤ５１１−１〜８が形成されたＰＤチップ６１０が載せられたＣｏＣ６２０と、ＴＩＡ５１２−１〜４が形成されるＴＩＡチップ６３０とを備える。ＰＤチップ６１０及びＴＩＡチップ６３０は、共に４つのチャネルがひとつのチップに集積されている。ＰＤチップ６１０には８個のＰＤ５１１−１〜８が１のチャネルにつきそれぞれ２つずつデュアル型に配置されている。

ＰＤ５１１−１〜８のバイアス電源Ｖｐｄ１〜８の電源端子６３１−１〜８は全てＴＩＡチップ６３０上に形成される。また、バイアス電源Ｖｐｄ１〜８の電源端子６３１−１〜８には共振抑止用の抵抗６３２−１〜８が接続される。したがって、図２の従来の光電変換部（図１の１１０）の外部素子部２３０の一部２３２に含まれる部品を設ける必要がなくなる。ＴＩＡチップ６３０には、さらにＴＩＡ５１２−１〜４の出力端子出力端子ＯＴ１〜４及びＯＣ１〜４を有する。出力端子ＯＴ１〜４から各チャネルの正の電圧信号が、出力端子ＯＣ１〜４から各チャネルの負の電圧信号が出力される。ＣｏＣ６２０には、ＰＤチップ６１０のＰＤ５１１−１〜８とＴＩＡチップ６３０のＴＩＡ５１２−１〜４とを接続する伝送線路（信号線）６２１−２、３、６、７、１０、１１、１４、１５、及びＰＤ５１１−１〜８とＴＩＡチップ６３０のバイアス電源Ｖｐｄ１〜８とを接続するＧＮＤ線路６２１−１、４、５、８、９、１２、１３、１６が形成される。

光電変換部５１０の第１のチャネルにおいて、ＰＤ５１１−１のアノード（信号端子）は伝送線路６２１−２を介してＴＩＡ５１２−１の正入力端子に接続され、ＰＤ５１１−１のカソード（電源端子）は伝送線路６２１−１及び抵抗６３２−１を介して電源Ｖｐｄ１に接続される。また、第１のチャネルにおいて、ＰＤ５１１−２のアノード（信号端子）は伝送線路６２１−３を介してＴＩＡ５１２−１の補入力端子に接続され、ＰＤ５１１−２のカソード（電源端子）は伝送線路６２１−４及び抵抗６３２−２を介して電源Ｖｐｄ２に接続される。

９０度ハイブリッド回路５０３において、信号光（Ｘ偏波）と局部発振光とは干渉され、位相差が０、１８０度に相当する成分が、信号光のＸＩ成分として出射される。出射された分岐光はＰＤ５１１−１及び５１１−２により受光され、それぞれ電流信号として出力される。ＰＤ５１１−１及び５１１−２からの電流信号は、ＴＩＡ５１２−１により差分が電圧信号に変換され、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調信号光のＸＩ成分の高速差動電気信号として出力される。

光電変換部５１０の第２のチャネルにおいて、ＰＤ５１１−３のアノード（信号端子）は伝送線路６２１−６を介してＴＩＡ５１２−２の正入力端子に接続され、ＰＤ５１１−３のカソード（電源端子）は伝送線路６２１−５及び抵抗６３２−３を介して電源Ｖｐｄ３に接続される。また、第２のチャネルにおいて、ＰＤ５１１−４のアノード（信号端子）は伝送線路６２１−７を介してＴＩＡ５１２−１の補入力端子に接続され、ＰＤ５１１−４のカソード（電源端子）は伝送線路６２１−８及び抵抗６３２−４を介して電源Ｖｐｄ４に接続される。

９０度ハイブリッド回路５０３において、信号光（Ｘ偏波）と局部発振光とは干渉され、位相差が９０、２７０度に相当する成分が、信号光のＸＱ成分として出射される。出射された分岐光はＰＤ５１１−３及び５１１−４により受光され、それぞれ電流信号として出力される。ＰＤ５１１−３及び５１１−４からの電流信号は、ＴＩＡ５１２−２により差分が電圧信号に変換され、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調信号光のＸＱ成分の高速差動電気信号として出力される。

光電変換部５１０の第３のチャネルにおいて、ＰＤ５１１−５のアノード（信号端子）は伝送線路６２１−１０を介してＴＩＡ５１２−３の正入力端子に接続され、ＰＤ５１１−５のカソード（電源端子）は伝送線路６２１−９及び抵抗６３２−５を介して電源Ｖｐｄ５に接続される。また、第３のチャネルにおいて、ＰＤ５１１−６のアノード（信号端子）は伝送線路６２１−１１を介してＴＩＡ５１２−３の補入力端子に接続され、ＰＤ５１１−６のカソード（電源端子）は伝送線路６２１−１２及び抵抗６３２−６を介して電源Ｖｐｄ６に接続される。

９０度ハイブリッド回路５０４において、信号光（Ｙ偏波）と局部発振光とは干渉され、位相差が０、１８０度に相当する成分が、信号光のＹＩ成分として出射される。出射された分岐光はＰＤ５１１−５及び５１１−６により受光され、それぞれ電流信号として出力される。ＰＤ５１１−５及び５１１−６からの電流信号は、ＴＩＡ５１２−３により差分が電圧信号に変換され、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調信号光のＹＩ成分の高速差動電気信号として出力される。

光電変換部５１０の第４のチャネルにおいて、ＰＤ５１１−７のアノード（信号端子）は伝送線路６２１−１４を介してＴＩＡ５１２−４の正入力端子に接続され、ＰＤ５１１−７のカソード（電源端子）は伝送線路６２１−１３及び抵抗６３２−７を介して電源Ｖｐｄ７に接続される。また、第４のチャネルにおいて、ＰＤ５１１−８のアノード（信号端子）は伝送線路６２１−１５を介してＴＩＡ５１２−４の補入力端子に接続され、ＰＤ５１１−８のカソード（電源端子）は伝送線路６２１−１６及び抵抗６３２−８を介して電源Ｖｐｄ８に接続される。

９０度ハイブリッド回路５０４において、信号光（Ｙ偏波）と局部発振光とは干渉され、位相差が９０、２７０度に相当する成分が、信号光のＹＱ成分として出射される。出射された分岐光はＰＤ５１１−７及び５１１−８により受光され、それぞれ電流信号として出力される。ＰＤ５１１−７及び５１１−８からの電流信号は、ＴＩＡ５１２−４により差分が電圧信号に変換され、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調信号光のＹＱ成分の高速差動電気信号として出力される。

ＰＤ５１１−１〜８に高速の光信号が入射した際に、電源Ｖｐｄ１〜８により逆バイアスが印加されたＰＤ５１１−１〜８内部において、電子・正孔キャリア対が発生して電子はカソードに、正孔はアノードに移動する。したがって、入射した光信号に対応した高周波の光電流がＰＤ５１１−１〜８から発生する。またＰＤ５１１−１〜８のアノード側から発生する光電流は、信号として、伝送線路６２１−２、３、６、７、１０、１１、１４、１５を介してそれぞれＴＩＡ５１２−１〜４に入力される。

ここで、本実施形態の光電変換部５００は、第１のチャネルにおいて、ＰＤ５１１−１のカソードとＰＤ５１１−２のカソードとの間にバイパス用のコンデンサ６１１−１が接続される。同様に、第２のチャネルにおいて、ＰＤ５１１−３のカソードとＰＤ５１１−４のカソードとの間にバイパス用のコンデンサ６１１−２が、第３のチャネルにおいて、ＰＤ５１１−５のカソードとＰＤ５１１−６のカソードとの間にバイパス用のコンデンサ６１１−３が、第４のチャネルにおいて、ＰＤ５１１−７のカソードとＰＤ５１１−８のカソードとの間にバイパス用のコンデンサ６１１−４が接続される。

光電変換部５１０において、１つの出力チャネルにおいて２つのＰＤ（例えば第１のチャネルのＰＤ５１１−１及び５１１−２）により受光される信号光は、それぞれ１８０度位相がずれているため、各ＰＤのカソードから生じる光電流の位相もそれぞれ１８０度ずれている。したがって、バイパス用のコンデンサを２つのＰＤのカソード間に接続することにより、各ＰＤのカソードから生じる電流信号は互いに相殺される。よって、２つのＰＤのカソード間にバイパス用のコンデンサを設けることにより光電流の高周波成分をバイパスさせ、各ＰＤのカソードの電位一定に保つことができる。

また、バイパス用のコンデンサを２つのＰＤのカソード間に設置することにより、図２のコヒーレント光送信機１００の光電変換部１１０と比較して、コンデンサの数を削減し、回路スペースの縮小を図ることができる。

［変形例］
ここで、バイパス用のコンデンサの接続については、本実施形態において示された２つのＰＤのカソード間だけでなく、他の部分にも設置することができる。以下、本実施形態の電源安定化用のコンデンサの接続の他の例について説明する。

図７は、第１の実施形態のバイパス用のコンデンサの接続の他の例を説明する構成図である。図７のようにＴＩＡチップ７３０上の各チャネルの２つのＰＤ用のバイアス用電源（例えばＶｐｄ１及びＶｐｄ２）のバイアス線の間にバイパス用のコンデンサ７３１−１〜４を接続することもできる。さらに、図６、図７のバイパス用のコンデンサの接続形態を組み合わせて使用することもできる。

電気波長の長い低周波成分は少し離れた部分でバイパスしても同等の効果が得られることから、全体としては、図６のように２つのＰＤのカソード間に小さいコンデンサを接続し、図７のように２つのＰＤのバイアス用電源の間により大きなコンデンサを接続すれば、図６及び図７に記載の接続方法を組み合わせることにより効果的にＰＤ用のバイアス部の高周波成分をバイパスすることができる。例としては、２つのＰＤのカソード間に５ｐＦのコンデンサ６１１−１〜４、２つのバイアス用電源の間に５０ｐＦのコンデンサ７３１−１〜４を内蔵する。そうすると、５０Ωのインピーダンスの場合であれば約６００ＭＨｚ（〜１／［２＊３．１４＊５ｐＦ＊５０Ω］）以上の高周波信号のバイパスをＰＤのカソード間のコンデンサ６１１−１〜４により行い、約６０Ｍｚ以上の高周波信号のバイパスをＴＩＡチップ７３０上のコンデンサ７３１−１〜４側により行うことになる。このようにコンデンサを配置することにより、コヒーレント光受信機の光電変換部における電送特性劣化を抑制することができる。

なお、本実施形態においては、ＰＤチップ６１０（７１０）上、ＴＩＡチップ６３０（７３０）上においても高周波線路が使用される。

また、ＰＤチップ６１０の回路についても、図６の本実施形態において示された回路構成以外の構成も考えることができる。以下、本実施形態のＰＤチップ６１０の回路構成の他の例について説明する。図８（ａ）〜（ｅ）は、図６に示した本発明の一実施形態のＰＤチップ６１０の回路の変形例を示す図である。図６の実施形態ではバイパス用のコンデンサ６１１−１を１のチャネルを構成する２つのＰＤ５１１−１及び２双方のカソードとの間に接続しているが、図８（ａ）のように１のチャネルを構成する２つのＰＤ８０１−１及び２双方のカソードの間を容量無しで直結する方法もある。図８（ａ）の場合は、バイパス用のコンデンサが不要になり、回路スペースを削減できるというメリットがあるが、２つのＰＤのバイアス用電源端子（カソード）が直接接続されているために、ＰＤ毎に独立に電流等の測定をすることができなくなるという短所もある。また、図８（ｂ）のように、ＰＤチップ上のＰＤ８０２−１及び２それぞれのカソードにコンデンサ８０３−１及び２を接続する方法もある。図８（ｂ）の場合は差動信号だけでなく、一般の高周波信号に対してバイパス効果を得ることができるが、図６の実施形態の２倍の数のコンデンサが必要になるという短所がある。また、コンデンサ８０３−１及び２に対してＰＤ用のバイアス電源の電圧が印加されてしまい、コンデンサにおけるリーク電流のリスクが発生する点が図６及び図８（ａ）の場合と異なる。

また、ＣｏＣとＴＩＡチップの間をワイヤボンディングで接続する場合などに、バイパス用のコンデンサとの共振効果を抑圧する目的で、ＰＤチップのＰＤと伝送線路との間に共振用の抵抗を挿入することも有効である。図６のＰＤチップのＰＤと伝送線路に抵抗８０４−１及び２を挿入した例が図８（ｃ）、図８（ａ）のＰＤチップのＰＤと伝送線路に抵抗８０５−１及び２を挿入した例が図８（ｄ）、図８（ｂ）のＰＤチップのＰＤと伝送線路に抵抗８０６−１及び２を挿入した例が図８（ｅ）となる。

以上の実施形態及びその変形例について、ＰＤは常にアノード側にＴＩＡが接続されるものとして記載してきたが、ＰＤはバイアス用電源を逆に接続しても動作するため、カソード側にＴＩＡを接続し、アノード側にバイアス用電源を接続し、一定電位とする設計にしても問題はない。

また、図６の実施形態及びその変形例（図７〜８）において、ＰＤはデュアル型の配置のみを想定して記載したが、二つのバイアス線をコンデンサを介して接続する場合は、バランス型配置にしても良い。具体的には、第１のダイオードのアノード側端子と第２のダイオードのカソード側端子を接続して、ＴＩＡのひとつの入力端子に接続すると共に、第１のダイオードのカソードと、第２のダイオードのアノードをそれぞれ独立のバイアス用電源に接続する配線構造とすることもできる。

また、図６及び図８（ａ）〜（ｅ）において、ＰＤチップ上に実装されることを想定していたコンデンサ及び抵抗は、ＣｏＣ上の、ＰＤチップに近い部分に実装することもできる。ＣｏＣ上にコンデンサ及び抵抗を形成した場合は、同じＰＤに対して何種類かの設計の異なるＣｏＣを準備することも可能である。

さらに、本実施形態及び各変形例の光電変換部の各ＰＤのカソード又は各ＴＩＡの入力端子に光電流測定回路を接続し、光電変換部のＰＤ毎の光電流を測定することも可能である。

１００、５００ コヒーレント光受信機
１０１、１０２、５０１、５０２ ビームスプリッタ
１０３、１０４、５０３、５０４ ９０度ハイブリッド回路
１０５−１〜８、４０１−１〜２、５１１−１〜８、７１１−１〜８、８０１−１〜２、８０２−１〜２ フォトダイオード
１０６−１〜４、４０４、５１２−１〜４ トランスインピーダンスアンプ
１１０、５１０ 光電変換部
１２１、５２１ 信号光入力導波路
１２２、５２１ 局部発振光入力導波路
２１０、６１０、７１０ ＰＤチップ
２２０、６２０、７２０ ＣｏＣ
２２１−１〜１７、４０２−１〜２、４０３−１〜２、６２１−１〜１６ 伝送線路
２３０、２３２ 外部素子部
２３１−１〜８、６３１−１〜８ 電源端子
２４０、６３０、７３０ ＴＩＡチップ
３１２−１〜２、３３２−１〜２、３３３−１〜２、６１１−１〜４、７３１−１〜８、８０３−１〜２ コンデンサ
３１３−１〜２、３３１−１〜２、６３２−１〜８、８０４−１〜２、８０５−１〜２、８０６−１〜２ 抵抗
Ｖｐｄ１〜８ 電源
ＯＴ１〜４、ＯＣ１〜４ 出力端子

Claims (7)

1. ４つの出力チャネルのそれぞれが、
   デュアル型フォトダイオードを構成する第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードと、
   前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとからの電流信号を電圧信号に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプと、
   前記第１のフォトダイオードの第１の端子と前記第２のフォトダイオードの第１の端子に接続され、
   前記第１のフォトダイオードの第１の端子と前記第２のフォトダイオードの第１の端子とにバイアス用の電圧を印加する第１のバイアス用電源と
   を備え、
   前記第１のフォトダイオードの第２の端子が前記トランスインピーダンスアンプの正入力端子に接続され、
   前記第２のフォトダイオードの第２の端子が前記トランスインピーダンスアンプの補入力端子に接続されることを特徴とするコヒーレント光受信機。
2. ４つの出力チャネルのそれぞれが、
   デュアル型フォトダイオードを構成する第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードと、
   前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとからの電流信号を電圧信号に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプと、
   前記第１のフォトダイオードの第一の端子にバイアス用の電圧を印加する第１のバイアス用電源と、
   前記第２のフォトダイオードの第一の端子にバイアス用の電圧を印加する第２のバイアス用電源と
   を備え、
   前記第１のフォトダイオードの第１の端子と前記第２のフォトダイオードの第１の端子がコンデンサを介して接続され、
   前記第１のフォトダイオードの第２の端子が前記トランスインピーダンスアンプの正入力端子に接続され、
   前記第２のフォトダイオードの第２の端子が前記トランスインピーダンスアンプの補入力端子に接続されることを特徴とするコヒーレント光受信機。
3. ４つのチャネルのそれぞれが、
   デュアル型フォトダイオードを構成する第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードと、
   前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとからの電流信号を電圧信号に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプと、
   前記第１のフォトダイオードにバイアス用の電圧を印加する第１のバイアス用電源と、 前記第２のフォトダイオードにバイアス用の電圧を印加する第２のバイアス用電源と
   を備え、
   前記第１のバイアス用電源と前記第１のフォトダイオードの前記第１の端子とを結ぶ配線と、前記第２のバイアス用電源と前記第２のフォトダイオードの前記第１の端子とを結ぶ配線と、の間には、コンデンサが挿入され、
   前記第１のフォトダイオードの第２の端子が前記トランスインピーダンスアンプの正入力端子に接続され、
   前記第２のフォトダイオードの第２の端子が前記トランスインピーダンスアンプの補入力端子に接続されることを特徴とするコヒーレント光受信機。
4. 前記第１のバイアス用電源と前記第１のフォトダイオードの前記第１の端子とを結ぶ配線と、前記第２のバイアス用電源と前記第２のフォトダイオードの前記第１の端子とを結ぶ配線と、の間には、コンデンサが挿入されることを特徴とする請求項１又は２に記載のコヒーレント光受信機。
5. ４つの出力チャネルのそれぞれが、
   第１のフォトダイオードの第１の端子と第２のフォトダイオードの第２の端子が接続されて構成されたバランス型フォトダイオードと、
   前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとからの電流信号を電圧信号に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプと、
   前記第１のフォトダイオードの第２の端子にバイアス用の電圧を印加する第１のバイアス用電源と、
   前記第２のフォトダイオードの第１の端子にバイアス用の電圧を印加する第２のバイアス用電源と
   を備え、
   前記第１のフォトダイオードの第２の端子と前記第２のフォトダイオードの第１の端子がコンデンサを介して接続され、
   前記第１のフォトダイオードの第１の端子と前記第２のフォトダイオードの第２の端子が前記トランスインピーダンスアンプの１つの入力端子に接続されることを特徴とするコヒーレント光受信機。
6. 前記第１のフォトダイオードの前記第１の端子及び前記第１のバイアス用電源、前記第１のフォトダイオードの前記第２の端子及び前記トランスインピーダンスアンプ、前記第１のフォトダイオードの前記第１の端子及び前記第２のバイアス用電源、前記第２のフォトダイオードの前記第２の端子及び前記トランスインピーダンスアンプは、それぞれチップオンキャリア上の伝送線路により接続されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のコヒーレント光受信器。
7. 前記トランスインピーダンスアンプの入力部、前記第１のフォトダイオードの前記第１の端子又は前記第２のフォトダイオードの前記第１の端子のいずれかに、フォトダイオード毎独立の光電流測定回路を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のコヒーレント光受信器。

Images