JP2017098893A - 光受信器 - Google Patents

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Abstract

【課題】モニタ用信号光と局発光との干渉を十分に抑制することができる光受信器を提供する。【解決手段】光受信器1Aは、信号光入力ポート11と、信号光入力ポート11と並んで配置された局発光入力ポート13と、信号光と局発光とを干渉させるMMI素子32a,32bと、信号光入力ポート11の光軸上に配置され、信号光を二つに分岐するBS21と、分岐された一方の信号光を検知するモニタ用PD24とを備える。BS21が一方の信号光を透過させるとともに他方の信号光を反射させ、モニタ用PD24が信号光入力ポート11の光軸の延長線上に配置されることにより、モニタ用PD24に入射する信号光の光軸が局発光入力ポート13の光軸と交差しない。【選択図】図1

Description

本発明は、光受信器に関するものである。
特許文献1には、コヒーレント光受信装置に関する技術が開示されている。図6は、このコヒーレント光受信装置の構成を概略的に示す。図6に示されるコヒーレント光受信装置100では、光導波路基板101、光90度ハイブリッド回路111及び112、複数の信号光用受光素子134及び135、並びに信号光レベルモニタ用受光素子104が筐体105に収容されている。信号光L1及び局発光L2は、光導波路基板101の第1の端面101aからそれぞれ光導波路基板101内の光導波路106,107に入力される。
信号光レベルモニタ用受光素子104は、光導波路基板101の第1の端面101aと第2の端面101bとの間に挟まれた第3の端面101c及び第4の端面101dの何れかの側であって、且つ、第2の端面101bよりも第1の端面101aに近い位置に配置されている。信号光レベルモニタ用受光素子104は、光導波路106上の光分岐素子131によって分岐された信号光L1の一部を受ける。残りの信号光L1は光分岐素子132によって更に分岐され、一方は光90度ハイブリッド回路111に入力し、他方は光90度ハイブリッド回路112に入力する。局発光L2は光分岐素子133によって分岐され、一方は光90度ハイブリッド回路111に入力し、他方は光90度ハイブリッド回路112に入力する。光90度ハイブリッド回路111,112から出力される干渉光は、複数の信号光用受光素子134,135によって検出される。
特開2015−084500号公報
例えば特許文献1に示されたようなコヒーレント光受信器では、筐体の一端面に信号光入力ポート及び局発光入力ポートが並んで取り付けられ、信号光及び局発光が筐体内に入力される。一般的には、信号光入力ポートの光軸の延長線上に光90度ハイブリッド回路などのマルチモード干渉素子の信号光入力端が配置され、局発光入力ポートの光軸の延長線上に当該マルチモード干渉素子(若しくは別のマルチモード干渉素子)の局発光入力端が配置される。これにより、信号光入力ポートと一のマルチモード干渉素子との間の信号光の光路、及び局発光入力ポートと当該マルチモード干渉素子(若しくは別のマルチモード干渉素子)との間の局発光の光路をそれぞれ直線状とすることができる。
一方、例えば信号光の減衰量のフィードバック制御を行う等の目的から、信号光の光強度をモニタするための光検知素子(例えばフォトダイオードなど)を設けることがある。コヒーレント光受信器が上記の形態を備える場合には、信号光の光路上に光分岐素子を配置し、光分岐素子が分岐した一部の信号光(以下、モニタ用信号光という)を光検知素子に入射させる(特許文献1を参照)。
しかしながら、そのような構成を採用すると、モニタ用信号光の光軸の方向と、局発光入力ポートの光軸の方向とが互いに交差する。その場合、モニタ用信号光と局発光の分離性(アイソレーション)を十分に確保できない場面が生ずる。また、モニタ用信号光の光路が局発光の光路を横切らないように、モニタ用信号光を局発光の光路とは逆側に反射させることも考えられる(特許文献1を参照)。しかし、そのような場合であっても、モニタ用信号光の光軸方向と局発光の光軸方向とは依然交差していることになり、モニタ用信号光と局発光のアイソレーション特性を十分に確保しているとは言い難い。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、モニタ用信号光と局発光との干渉を十分に抑制することができる光受信器を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る光受信器は、位相変調された信号光に局発光を干渉させることにより信号光に含まれる情報を回復する光受信器であって、信号光を外部から入力する信号光入力ポートと、信号光入力ポートと並んで配置され、局発光を外部から入力する局発光入力ポートと、信号光入力ポートと光学的に結合された信号光入力端、及び局発光入力ポートと光学的に結合された局発光入力端を有し、信号光と局発光とを干渉させるマルチモード干渉素子と、信号光入力ポートの光軸上に配置され、信号光を二つに分岐する光分岐素子と、光分岐素子と光学的に結合され、分岐された一方の信号光を検知する光検知素子とを備え、光分岐素子が一方の信号光を透過させるとともに他方の信号光を反射させ、光検知素子が信号光入力ポートの光軸の延長線上に配置されることにより、一方の信号光の光軸が局発光入力ポートの光軸と交差しない。
本発明による光受信器によれば、モニタ用信号光と局発光との干渉を十分に抑制することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る光受信器の構成を示す平面図である。 図2は、光受信器の内部の各光部品の接続関係を概略的に示す。 図3は、第1比較例としての光受信器が備える各光部品の接続関係を概略的に示す。 図4は、第2比較例としての光受信器が備える各光部品の接続関係を概略的に示す。 図5(a)及び図5(b)は、位相のずれを概念的に説明するための図である。 図6は、先行技術文献に記載されたコヒーレント光受信器の構成を概略的に示す。
本発明の実施形態に係る光受信器の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係る光受信器1Aの構成を示す平面図である。図2は、光受信器1Aの内部の各光部品の接続関係を概略的に示す。この光受信器1Aは、位相変調された受信信号光(以下、信号光という)L1に局部発振光(以下、局発光という)L2を干渉させることによって、信号光L1に含まれる情報を回復する。なお、本実施形態では、信号光L1が2つの偏波成分を含む、いわゆるDP−QPSK(Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying)方式により変調されているものとする。
本実施形態の光受信器1Aは、図1に示されるように、略直方体状のハウジング(筐体)2と、ハウジング2の一端面2bに固定されて互いに並置された信号光入力ポート11及び局発光入力ポート13とを備える。信号光入力ポート11はシングルモードファイバ(Single Mode Fiber:SMF)に接続され、光受信器1Aの外部からこのSMFを介して信号光L1を受ける。局発光入力ポート13は偏波保持ファイバ(Polarization Maintaining Fiber:PMF)に接続され、光受信器1Aの外部からこのPMFを介して局発光L2を受ける。これらの信号光L1及び局発光L2は、それぞれ信号光入力ポート11及び局発光入力ポート13を介してハウジング2の内部に入力される。
信号光入力ポート11は、SMFの先端に付属するフェルールを受け入れる円筒状のスリーブと、コリメートレンズを収容したレンズホルダとが一体化されて、該レンズホルダがハウジング2の一端面2bに接合されている。SMF内を伝搬した信号光L1は、コリメートレンズによってコリメート光に変換されハウジング2内に入射する。局発光入力ポート13は、PMFの先端に付属するフェルールを受け入れる円筒状のスリーブと、コリメートレンズを収容したレンズホルダとが一体化され、該レンズホルダがハウジング2の一端面2bに接合されている。PMF内を伝搬した局発光L2は、コリメートレンズによってコリメート光に変換されたのちにハウジング2内に入射する。
信号光入力ポート11及び局発光入力ポート13は、それぞれ複数の円柱状部品の組み合わせにより構成されているが、複数の円柱状部品のうち最も外径が太い部品(典型的にはレンズホルダ)については、互いに対向する箇所に平坦面11a,13aを有する。これにより、信号光入力ポート11の光軸と局発光入力ポート13の光軸との間隔が狭められている。当該円柱状部品の外径は例えば5.5mmであり、平坦面11a、13aを設けない場合には、ポート11,13の光軸間隔は11mmとなる。しかし、平坦面11a,13aが形成されることによって、これらのポート11,13の光軸間隔を10mm以下に設定することが可能である。本実施の形態では、これらのポート11,13の光軸間隔は3.4mmに設定される。
ハウジング2は例えばコバール製である。ハウジング2の4つの側面のうち、一端面(前端面)2bを除く他の側面には、複数の端子3が設けられている。複数の端子3は、各側面を構成する多層セラミック層(multi-layered ceramics)の最下層から引き出される。複数の端子3には、信号光L1から生成された電気信号を光受信器1Aの外部に取り出す端子、ハウジング2の内部の電子回路にバイアスを供給する端子、接地端子等が含まれる。ハウジング2の底面の四隅からは、ハウジング2を回路基板等に固定するためのフランジ4が伸びている。
本実施形態の光受信器1Aは、上記の構成に加えて、信号光L1と局発光L2とを干渉させるマルチモード干渉(MMI:Multi-Mode Interference)素子32a,32bを備える。MMI素子32a,32bは、例えば光90°ハイブリッド素子とすることができる。MMI素子32a,32bは、ハウジング2内において二つの入力ポート11、13に対して正対して配置されている。
また、光受信器1Aは、2つのMMI素子32a,32bの各信号光入力端と信号光入力ポート11とを光学的に結合するための光部品として、偏波分離素子(Polarization Beam Splitter:PBS)26、スキュー調整素子27、レンズ系28、半波長板(λ/2板)29、全反射ミラー30、及びレンズ系31を備える。更に、PBS26と信号光入力ポート11との間の光路上には、光分岐素子としてのビームスプリッタ(Beam Splitter:BS)21、全反射ミラー22、及び可変光減衰器(VOA)23が配置されている。
図1に示されるように、BS21及び全反射ミラー22は、ハウジング2の底面上に設けられたキャリア20a上に搭載される。VOA23は、キャリア20aから独立してハウジング2の底面上に設けられたキャリア20b上に搭載される。その他の光部品は、キャリア20a,20bとは独立してベース20c上に設けられたキャリア20d上に搭載される。キャリア20a,20b,及び20dは、例えばAl23製である。ハウジング2の底板は、例えばCuW製である。
BS21は、信号光入力ポート11の光軸上に配置されており、例えば、互いに対向する前面及び背面を有する光透過性部材と、前面に形成された誘電体多層膜フィルタとによって構成される。誘電体多層膜フィルタの反射率は、信号光L1の波長において例えば90%以上であり、一実施例では95%である。信号光L1はBS21の前面に入射し、誘電体多層膜フィルタによって二つに分岐される。分岐された一方の信号光(モニタ用信号光L10)は、誘電体多層膜フィルタを透過してBS21の背面から出射する。このとき、モニタ用信号光L10の光軸方向は信号光入力ポート11の光軸方向と略一致する。他方の信号光L11は、誘電体多層膜フィルタにより反射され、全反射ミラー22に向かう。信号光L1の光軸(すなわち信号光入力ポート11の光軸)と、BS21により反射された信号光L11の光軸とは、例えば略直角を成す。
光受信器1Aは、光検知素子としてのパワーモニタ用フォトダイオード(モニタ用PD)24を更に備える。図1に示されるように、モニタ用PD24はキャリア20d上に搭載されている。また、図2に示されるように、モニタ用PD24は、信号光入力ポート11の光軸の延長線上に配置される。モニタ用PD24は、BS21と光学的に結合し、BS21を透過したモニタ用信号光L10を受光する。モニタ用PD24は、受光したモニタ用信号光L10の強度に対応した検知信号を出力する。キャリア20dは、この検知信号を伝える配線パターン41a,41bを有する。この配線パターン41a,41bは、ボンディングワイヤを介して、モニタ用PD24に対向するハウジング2の側壁とは反対の側壁に備わる端子3と接続される。
全反射ミラー22は、MMI素子32aの信号光入力端の光軸上であって、且つ信号光L1の光軸に対してBS21と並置された光反射素子である。全反射ミラー22は、BS21の前面と光学的に結合した光反射面を有する。全反射ミラー22は、該光反射面に信号光L11を受け、その全てをMMI素子32aの信号光入力端に向けて反射する。信号光L11の入射光軸と反射光軸は、略直角を成す。言い換えれば、信号光L11の反射光軸は、信号光入力ポート11の光軸(すなわち信号光L1の光軸)と略平行となる。
VOA23は、全反射ミラー22によって反射された一方の信号光L11の光路上、言い換えればMMI素子32aの信号光入力端の光軸上に配置され、信号光L11の強度を必要に応じて減衰する。減衰量は、上述したモニタ用PD24から出力される検知信号に基づいて設定される。このVOA23の減衰度を設定する制御信号は、光受信器1Aの外部から端子3を介して入力される。例えば、モニタ用PD24によって過入力状態が検知された場合には、VOA23の減衰量を大きくし、MMI素子32a,32bに向かう信号光L11の強度を小さくする。
VOA23の減衰量を設定する制御信号は、モニタPD24に対向するハウジング2の側壁に設けられた端子3から2本のボンディングワイヤ41cにより直接VOA23の上面に形成されたパッドに伝えられる。本実施の形態では、モニタPD24への光軸と、VOA23の上面との高さの差は1.5mm程度確保されており、また、端子3からVOA23のパッドまでの間隔は比較的長い。この二か所を接続するボンディングワイヤ41cも長くなるが、その撓みは大きくとも数百μm(0.数mm)に抑えられるので、ボンディングワイヤがモニタPD24の光軸と干渉することはない。
PBS26は、全反射ミラー22と光結合する光入射面を有し、信号光L11の一方の偏波成分(例えばX偏波成分、信号光L11の光軸とPBS26の入射面の法線とで形成される平面に含まれる成分であって、キャリアの主面に平行な成分とする)L12と、他方の偏波成分(例えばY偏波成分、前記光軸と法線とで形成さえる平面に垂直な成分であって、キャリアの主面に垂直な成分とする)L13とを分岐する。このとき、分岐比は50%である。X偏波成分L12は、PBS26を透過する。Y偏波成分L13は、PBS26において反射され、X偏波成分L12の進行方向と交差する方向に直進する。X偏波成分L12の光軸方向とY偏波成分L13の光軸方向とは、例えば略直角を成す。一例では、Y偏波成分L13は局発光L2から遠ざかる。この場合、Y偏波成分L13の進行方向は、BS21が反射した信号光L11の進行方向とは180°異なっている。
スキュー調整素子27及びレンズ系28は、PBS26とMMI素子32aの信号光入力端との間の光路上(すなわち、MMI素子32aの信号光入力端の光軸上)に配置されている。PBS26を直進したX偏波成分L12は、スキュー調整素子27を通過する。スキュー調整素子27は、例えばSi製のブロック材であり、X偏波成分L12の光路長を等価的に長くすることにより、それぞれの光路長差に起因する、X偏波成分L12に対するY偏波成分L13の位相遅れを補償する。その後、X偏波成分L12は、レンズ系28によってMMI素子32aに集光される。なお、レンズ系28は、光軸方向に並ぶ2つの集光レンズ28a,28bによって構成される。
また、λ/2板29、全反射ミラー30、及びレンズ系31は、PBS26とMMI素子32bの信号光入力端との間の光路上に配置されている。PBS26が反射したY偏波成分L13は、全反射ミラー30によってその進行方向が再度90°変更されることにより、その光軸がMMI素子32bの信号光入力端の光軸と一致する。その後、Y偏波成分L13は、全反射ミラー30とMMI素子32bとの間に配置されたλ/2板29を通過する。λ/2板29は、Y偏波成分L13の偏光方向を90°回転する。従って、λ/2板29を通過したY偏波成分L13の偏光方向は、PBS26を直進したX偏波成分L12の偏光方向と一致する。その後、Y偏波成分L13は、レンズ系31によってMMI素子32bに集光される。レンズ系31は、光軸方向に並ぶ2つの集光レンズ31a,31bによって構成される。なお、λ/2板29は、Y偏波成分L13の光路上であれば何処に配置されてもよく、例えばPBS26と全反射ミラー30との間に配置されてもよい。
光受信器1Aは、2つのMMI素子32a,32bの各局発光入力端と局発光入力ポート13とを光結合するための光部品として、偏光子33、BS34、レンズ系36及び38を更に備える。本実施形態において、MMI素子32a,32bの各信号光入力端と信号光入力ポート11との間に配置されるスキュー調整素子27及び全反射ミラー30は、MMI素子32a,32bの各局発光入力端と局発光入力ポート13とを光結合するための光部品と一体化されている。すなわち、これらスキュー調整素子27及び全反射ミラー30は、それぞれ信号光、局発光に対する光軸二つを有する。
偏光子33は、局発光入力ポート13から入力された局発光L2の偏光方向を確定する。これにより、PMFにおいて維持されていた偏光方向がハウジング2の組み立て時にずれたとしても、偏光方向が0°若しくは90°の偏波成分のみを局発光L2として抽出できる。なお、局発光L2の光源が半導体LDである場合、通常では活性層に平行な成分の偏光が支配的な楕円偏光となる。しかし、半導体LDの発振安定性、材料的信頼性、所望の出力波長等を得るために、格子不整合による歪が活性層に導入されていることがある。そのような半導体LDから出力されるレーザ光は、短軸長が比較的長い楕円偏光となる場合がある。そのような場合においても、偏光子33が、局発光L2を楕円偏光から直線偏光に変換する。
BS34は、偏光子33を介して局発光入力ポート13と光結合する光入射面を有し、偏光子33を通過した局発光L2を二つの局発光L22,L23に分岐する。このとき、分岐比は50%である。一方の局発光L22は、BS34を透過して直進する。他方の局発光L23は、BS34により反射され、局発光L22の進行方向と交差する方向に直進する。局発光L22の光軸方向と局発光L23の光軸方向とは略直角を成す。一例では、局発光L23はY偏波成分L13と同じ向きに進む。
スキュー調整素子27及びレンズ系38は、BS34とMMI素子32aの局発光入力端との間の光路上(すなわち、MMI素子32aの局発光入力端の光軸上)に配置されている。BS34を直進した局発光L22は、スキュー調整素子27を通過する。スキュー調整素子27は、局発光L22の光路長を等価的に長くすることにより、それぞれの光路長差に起因する局発光L22に対する局発光L23の位相遅れを補償する。その後、局発光L22は、レンズ系38によってMMI素子32aに集光される。なお、レンズ系38は、光軸方向に並ぶ2つの集光レンズ38a,38bによって構成される。
また、全反射ミラー30及びレンズ系36は、BS34とMMI素子32bの局発光入力端との間の光路上に配置されている。BS34が反射した局発光L23は、全反射ミラー30によってその進行方向が再度90°変更されることにより、その光軸がMMI素子32bの局発光入力端の光軸と一致する。その後、局発光L23は、レンズ系36によってMMI素子32bに集光される。レンズ系36は、光軸方向に並ぶ2つの集光レンズ36a,36bによって構成される。
以上に述べたように、ハウジング2の内部に入力された信号光L1および局発光L2は、2個のMMI素子32a,32bに振り分けられる。MMI素子32a,32bは、例えばインジウムリン(InP)製の半導体基板を用いたフォトダイオード(PD)集積型であり、それぞれの入力端に光結合した信号光L12,L13と局発光L22,L23とを互いに干渉させることにより、信号光L1のうち局発光L2の位相と同一である信号成分と、局発光L2とは位相が90°異なる信号成分とを抽出する。このMMI素子32a,32bに集積されたPDが生成する光電流は、ハウジング2内に設けられたアンプ39a,39b(図1を参照)によって電圧信号に変換され、複数の端子3の何れかから出力される。MMI素子32a,32bは、CuW製のベース上に搭載されている。アンプ39a,39bは、二つのMMI素子32a,32bを一括して囲むコの字型の配線基板20e上に実装されている。
以上に説明した本実施形態の光受信器1Aによって得られる効果について、第1比較例とともに説明する。図3は、第1比較例としての光受信器1Bが備える各光部品の接続関係を概略的に示す光回路図である。光受信器1Bが本実施形態の光受信器1Aと異なる点は、モニタ用PD24の配置である。すなわち第1比較例では、図2に示されたBS21に代えて全反射ミラー42が設けられ、全反射ミラー22に代えてBS43が設けられている。従って、信号光入力ポート11から入射した信号光L1は、全反射ミラー42において反射したのち、BS43においてその一部(モニタ用信号光L10)が透過し、残部(信号光L11)が反射する。モニタ用PD24は、BS43に入射する信号光L1の光軸の延長線上に配置され、BS43の背面と光学的に結合されている。
この第1比較例では、モニタ用信号光L10の光軸の方向と、局発光入力ポート13の光軸が交差する。その場合、図3に示されるように、モニタ用信号光L10と局発光L2が干渉し、両者の分離性(アイソレーション)を十分に確保できない。局発光L2がモニタ用信号光L10に過度に干渉すると(アイソレーション特性が悪化すると)、モニタ用信号光L10の正確な強度を検知することが困難となり、VOA23の減衰量の制御に支障をきたす。
上記の課題に対し、本実施形態の光受信器1Aでは、信号光入力ポート11の光軸上に配置されたBS21が、モニタ用信号光L10を透過し、残余の信号光L11を反射し、また、モニタ用PD24が信号光入力ポート11の光軸の上に配置されている。故に、モニタ用信号光L10の光軸と、局発光入力ポート13の光軸は交差しない。モニタ用信号光L10の光路と局発光L2の光路とが干渉せず、モニタ用信号光L10の局発光L2に対するアイソレーション特性を確保することができる。
特に、本実施形態では、信号光入力ポート11及び局発光入力ポート13がコリメートレンズを搭載し、ハウジング2内に入力される信号光L1及び局発光L2がコリメート光に変換されている。各光学部品の光入射面ではフレネル反射による迷光が必然的に生じるが、入射光がコリメート光の場合には、拡散光の場合と比較して、迷光の強度はその光路長が長くなった場合でも等価的に有意な値に維持されてしまう。このことは、モニタ用PD24に局発光L2に由来する迷光が入射する系についても同様である。本実施形態によれば、上述したようにモニタ用信号光L10の光軸が局発光入力ポート13の光軸と交差しないので、信号光L1及び局発光L2がコリメートされていても、モニタ用信号光L10と局発光L2との干渉を効果的に防ぐことができる。
また、本実施形態のように、BS21は、入射した信号光L1の90%以上を反射する特性(例えば誘電体多層膜フィルタ)を有する。これにより、信号光L1の損失を抑えつつその一部(モニタ用信号光L10)のみを取り出すことができる。
また、本実施形態のように、光受信器1Aは、信号光入力端の光軸上に配置され、BS21において反射した信号光L11を信号光入力端に向けて再び反射させる全反射ミラー22を備える。これにより、BS21によって一旦反射された信号光L11の進行方向を、再度信号光入力ポート11の光軸と平行にすることができる。
また、モニタ用PD24は、信号光入力ポート11とMMI素子32a,32bの信号光入力端とを光結合する光学系を搭載するキャリア20d上に搭載され、キャリア20dは、モニタ用PD24が出力する検知信号を伝える配線パターン41aを有する。これにより、信号光や局発光の光路を避けて検知信号を外部に取り出すことができる。なお、本実施形態では、配線パターン41aは一方のMMI素子32aと対向する側壁に向けて延びているが、他方のMMI素子32bに対向する側面に設けられた端子3と接続されてもよい。これにより、ボンディングワイヤ41cとモニタ用PD24の光軸との干渉を容易に回避できる。
また、本実施形態のように、キャリア20dと、BS21を搭載する別のキャリア20aとは互いに独立していてもよい。
ここで、本実施形態の光受信器1Aが奏する更なる効果について、第2比較例と共に説明する。図4は、第2比較例としての光受信器1Cが備える各光部品の接続関係を概略的に示す光回路図である。この光受信器1Cが本実施形態の光受信器1Aと異なる点は、信号光L1の光軸が一方のMMI素子32aの信号光入力端の光軸と一致している点である。すなわち、信号光L1の一方の偏波成分L12は、直線状に進んでMMI素子32aに入射する。なお、図4では、モニタ用PD24及びVOA23の図示は省略されている。
この第2比較例の構成を具体的に説明する。PBS26は、信号光L1の一方の偏波成分(例えばX偏波成分)L12と、他方の偏波成分(例えばY偏波成分)L13とを分岐する。PBS26を直進した一方の信号光L12は、スキュー調整素子27aを通過する。スキュー調整素子27aは、PBS26により分岐された他方の信号光L13の、PBS26を直進する一方の信号光L12に対する位相の遅れを補償する。その後、一方の信号光L12は、レンズ系28によってMMI素子32aに集光される。
PBS26が分岐した他方の信号光L13は、全反射ミラー30aによってその進行方向が再度90°変更されたのち、λ/2板29を通過する。λ/2板29は、信号光L13の偏光方向を90°回転する。従って、λ/2板29を通過した他方の信号光L13の偏光方向は、PBS26を直進した一方の信号光L12の偏光方向と一致する。その後、他方の信号光L13は、レンズ系31によってMMI素子32bに集光される。
BS34は、偏光子33を通過した局発光L2を分岐する。BS34を直進した一方の局発光L23は、スキュー調整素子27bを通過する。スキュー調整素子27bは、BS34により分岐された他方の局発光L22の、BS34を直進する一方の局発光L23に対する位相遅れを補償する。その後、一方の局発光L23は、レンズ系36によってMMI素子32bに集光される。BS34が反射した他方の局発光L22は、ミラー30bによってその進行方向が再度90°変更されたのち、レンズ系38によってMMI素子32aに集光される。
この第2比較例に係る光受信器1Cが有する課題について説明する。光受信器1Cでは、MMI素子32a,32bに入力する、信号光L12,L13と局発光L22,L23との双対性が確保されていない。例えば、MMI素子32aに入力する信号光L12及び局発光L22について考えると、信号光L12は信号光入力ポートから直進してMMI素子32aに達するが、局発光L22は、BS34と全反射ミラー30bとの間隔だけ信号光L12よりも長い光路長を進行する。従って、MMI素子32aに入力する局発光L22の位相は信号光L12の位相との間に遅れが生じる。同様に、局発光L23は局発光入力ポートから直進してMMI素子32bに達するが、信号光L13は、BS26と全反射ミラー30aとの間隔だけ局発光L23よりも長い光路長を進行した後MMI素子32bに至る。従って、MMI素子32bに入力する信号光L13の位相は局発光L23の位相に対して遅れが生じる。
図5(a)及び図5(b)は、このような位相のずれを概念的に説明するための図である。図5(a)及び図5(b)は、MMI素子に入射するときの、信号光(図5(a))および局発光(図5(b))それぞれの進行状況を示す。図4に示すPBS26と全反射ミラー30aとの間の距離、あるいは、BS34と全反射ミラー30bとの間の距離が時間ΔTに相当すると仮定した時、一方のMMI素子では、時刻P1における信号光と時刻P2(=P1+ΔT)における局発光を干渉させることとなる。また、他方のMMI素子では、時刻P2における信号光と時刻P1における局発光とを干渉させることとなる。
第2比較例が有する上記課題に対し、本実施形態の光受信器1Aでは、信号光L1については、信号光入力ポート11からPBS26に至る間に二つのミラー(BS21及び全反射ミラー22)によりその光軸が局発光L2側に平行移動される。これにより、信号光L1の光軸と局発光L2の光軸との距離を、MMI素子32aの信号光入力端と局発光入力端との間隔に相当する距離に近づける(好ましくは一致させる)ことができる。そして、偏波分離後の信号光L12及び分岐後の局発光L22は、並進してその位相関係を維持しつつMMI素子32aに入射する。また、偏波分離後の信号光L13及び分岐後の局発光L23もまた、並進してその位相関係を維持しつつMMI素子32bに入射する。
本実施形態のコヒーレント光受信器では、MMIにおいて信号光と局発光とを干渉させることにより、信号光に含まれる情報を再現する。この再現は、MMIの後段(より具体的には、光信号を電気信号に変換するPDの後段)に接続される信号処理系(DSP:Digital Signal Processor)により行われる。その際、DSP内で二つのMMIの位相差を補償して情報再現精度を向上させるための処理が施される。しかし、各MMIに入力される信号光の位相と局発光の位相とが互いにずれている場合には、このずれがDSPの再現精度を低下させる一因となる。これに対し、本実施形態の光受信器1Aでは、各MMI素子32a,32bに入力する信号光(偏波成分L12,L13)と局発光L22,L23との位相の双対性が確保されることにより、DSPにおける再現精度の低下を抑制することができる。
なお、第2比較例による光受信器1Cでは、信号光L12と信号光L13との光路差による時間ずれ、及び局発光L22と局発光L23との光路差による時間ずれを補償するために、スキュー調整素子27a,27bが設けられている。しかしながら、スキュー調整素子27a,27bは、信号光L12と信号光L13との間の調整、及び局発光L22と局発光L23との間の調整をそれぞれ目的としており、信号光と局発光との間の調整を目的とするものではない。また、スキュー調整素子は、例えばSi製のブロック材であり、厚さ1mm程度のSiウェハの表裏面にARコートが施されたのちブロック状に切り出されたものである。従って、Siウェハの厚さのばらつきにより、その光学長にばらつきが生じる。光受信器1Cでは、スキュー調整素子27a,27bがそれぞれ独立に設けられているので、これらの素子特性の差(ばらつき)が、MMI素子の干渉作用に影響を与えてしまう。スキュー調整素子27a,27bによって上記のΔTは或る程度補償されるが、スキュー調整素子27a,27bの素子特性の差に起因して、一方のMMI素子32aにおけるΔTと、他方のMMI素子32aにおけるΔTとの間にもずれが生じるおそれがある。
これに対し、本実施形態の光受信器1Aでは、信号光の偏波成分L12及び局発光L22に対して共通のスキュー調整素子27が設けられている。これにより、上記のようなスキュー調整素子の特性差を抑え、MMI素子における干渉作用への影響を抑制することができる。
また、第2比較例による光受信器1Cでは、信号光入力ポート11とMMI素子32aの信号光入力端とが同じ光軸上に配置され、局発光入力ポート13とMMI素子32bの局発光入力端とが同じ光軸上に配置される必要がある。従って、MMI素子32a,32bの信号光入力端と局発光入力端との間隔、及びMMI素子32aとMMI素子32bとの間隔によって信号光入力ポート11と局発光入力ポート13との間隔が一意に決定されてしまう。また、MMI素子の信号光入力端と局発光入力端との間隔は、MMI内での光導波路の最大曲率により決定されるので、この間隔を狭くすることは難しい。
これに対し、本実施形態の光受信器1Aでは、二つのミラー(BS21、全反射ミラー22)を用いて信号光L1の光軸を平行移動させている。従って、これらのミラーの間隔を調整することにより、信号光入力ポート11と局発光入力ポート13との間隔を任意に設定することができる。これにより、例えば信号光入力ポート11と局発光入力ポート13とを一体化し、2本の光ファイバ(SMF、PMF)に対して一つの光結合系(スリーブ等)を設けることも可能となる。
1A,1B,1C…光受信器、2…ハウジング、3…端子、4…フランジ、11…信号光入力ポート、13…局発光入力ポート、21,34,43…ビームスプリッタ(BS)、22,42…全反射ミラー、23…可変光減衰器(VOA)、24…モニタ用PD、26…偏波分離素子(PBS)、27,27a,27b…スキュー調整素子、28,31,36,38…レンズ系、29…λ/2板、30,30a,30b…全反射ミラー、32a,32b…MMI素子、33…偏光子、39a,39b…アンプ、L10…モニタ用信号光、L11…信号光、L12,L13…偏波成分、L2,L22,L23…局発光。

Claims (5)

  1. 位相変調された信号光に局発光を干渉させることにより前記信号光に含まれる情報を回復する光受信器であって、
    前記信号光を外部から入力する信号光入力ポートと、
    前記信号光入力ポートと並んで配置され、前記局発光を外部から入力する局発光入力ポートと、
    前記信号光入力ポートと光学的に結合された信号光入力端、及び前記局発光入力ポートと光学的に結合された局発光入力端を有し、前記信号光と前記局発光とを干渉させるマルチモード干渉素子と、
    前記信号光入力ポートの光軸上に配置され、前記信号光を二つに分岐する光分岐素子と、
    前記光分岐素子と光学的に結合され、分岐された一方の前記信号光を検知する光検知素子と、を備え、
    前記光分岐素子が前記一方の信号光を透過させるとともに他方の前記信号光を反射させ、前記光検知素子が前記信号光入力ポートの光軸の延長線上に配置されることにより、前記一方の信号光の光軸が前記局発光入力ポートの光軸と交差しない、光受信器。
  2. 前記光分岐素子は、入射した前記信号光の90%以上を反射するフィルタを有する、請求項1に記載の光受信器。
  3. 前記信号光入力端の光軸上に配置され、前記光分岐素子において反射した前記他方の信号光を前記信号光入力端に向けて再び反射させる光反射素子を更に備える、請求項1または2に記載の光受信器。
  4. 前記光検知素子は、前記信号光入力ポートと前記信号光入力端とを光結合する光学系を搭載するキャリア上に搭載されており、
    前記キャリアは、前記光検知素子から出力される検知信号を伝える配線パターンを有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光受信器。
  5. 前記キャリアと、前記光分岐素子を搭載する別のキャリアとは互いに独立している、請求項4に記載の光受信器。
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