JP2017098893A - 光受信器 - Google Patents

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Ａｌ₂Ｏ₃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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