JP4352828B2 - 光受信器 - Google Patents

Description

本発明は、信号光をアバランシェフォトダイオードにより検出する光受信器に関するものである。

従来より、光通信システムにおいては、受光素子としてアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤという）を用いた光受信器が用いられる。ＡＰＤは、信号光電流の増幅作用を有し、微弱な光信号を用いる光ファイバ通信システムの受光素子として好適である。

ところで、ＡＰＤは、温度変動などによってそのアバランシェ増倍率が変化するという特性を有している。この特性は、アバランシェ増倍作用を生じさせる際に、比較的高い逆バイアス電圧がＡＰＤへ印加されることに由来する。すなわち、ＡＰＤは、ＰＮ接合のブレークダウン電圧付近で動作することとなるので、その動作特性が環境温度などの変化に対して非常に敏感になる。従って、温度変動などが生じても一定の増倍率が得られるように、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を制御することが好ましい。

特許文献１には、ＡＰＤの増倍率を制御する光受信器が開示されている。この光受信器の構成を図１３に示す。この光受信器は、ＡＰＤ１１１及びフォトダイオード１１２を備えている。この光受信器においては、ＡＰＤ１１が光ファイバ１１３からの信号光を受光するとともに、フォトダイオード１１２がＡＰＤ１１１の受光面で反射した信号光を受光する。そして、フォトダイオード１１２における出力電流値に基づいて、ＡＰＤ１１１における増倍率が制御される。
特開昭６３−１０５５４１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された光受信器では、必然的に信号光がＡＰＤ１１１の斜め方向から入射し、反射光がフォトダイオード１１２へ入射する構成となる。ＡＰＤ１１１の受光面に対して斜め方向から信号光を入射させると、その反射率は信号光の偏波状態によって変化する。従って、この光受信器では、光ファイバ１１３からの信号光の偏波状態によってフォトダイオード１１２へ入射する信号光の光量が変化するので、ＡＰＤ１１１におけるアバランシェ増倍率を適切に制御することが難しい。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を適切に制御することが可能な光受信器を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の光受信器は、信号光を受ける入射面を有し、信号光の一部を入射面の反対面へ透過させるＰＩＮフォトダイオードと、ＰＩＮフォトダイオードを透過した光を受ける入射面を有するアバランシェフォトダイオードと、主面を有するステムと、ステムの主面上に設けられ、ＰＩＮフォトダイオードを搭載したマウント部と、アバランシェフォトダイオードを所定のアバランシェ増倍率に維持するための制御手段とを備えたことを特徴とする。ＰＩＮフォトダイオードは、アバランシェフォトダイオードへの電源電圧を制御するための出力電流を生成し、アバランシェフォトダイオードのアバランシェ増倍率は、ＰＩＮフォトダイオードからの前記出力電流の値に基づいて制御手段によって制御され、アバランシェフォトダイオードは、ＰＩＮフォトダイオードとステムの主面との間に配置され、マウント部に設けられた開口を介してＰＩＮフォトダイオードを透過した光を受け、アバランシェフォトダイオード及びＰＩＮフォトダイオードは、所定の軸に沿って配置されており、アバランシェフォトダイオードの入射面及びＰＩＮフォトダイオードの入射面は当該所定の軸にほぼ垂直に交差している。

上記した光受信器では、ＰＩＮフォトダイオード（以下、ＰＩＮ−ＰＤという）が受けた信号光の一部を透過させ、透過させた信号光をアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤという）に入射させるようにしてＰＩＮ−ＰＤで検出する信号光とＡＰＤで検出する信号光とを分けている。従って、ＰＩＮ−ＰＤで検出する信号光とＡＰＤで検出する信号光との光量比が光受信器に入射する信号光の偏波状態に影響を受けることなく、一定の光量比でＰＩＮ−ＰＤ及びＡＰＤへ信号光を入射させることが可能となる。よって、ＰＩＮ−ＰＤで検出する信号光に基づいてＡＰＤのアバランシェ増倍率を適切に制御することが可能となる。

本発明の光受信器は、主面を有するステムと、ステムの主面上に設けられ、ＰＩＮフォトダイオードを搭載したマウント部と、を更に備え、アバランシェフォトダイオードは、ＰＩＮフォトダイオードと主面との間に配置され、マウント部に設けられた開口を介してＰＩＮフォトダイオードを透過した光を受けることを特徴としてもよい。

本発明の光受信器は、信号光を受ける入射面を有し、信号光の一部を入射面の反対面へ透過させるＰＩＮフォトダイオードと、ＰＩＮフォトダイオードを透過した光を受ける入射面を有するアバランシェフォトダイオードと、アバランシェフォトダイオードを搭載するステムと、アバランシェフォトダイオードを所定のアバランシェ増倍率に維持するための制御手段とを備え、ＰＩＮフォトダイオードはアバランシェフォトダイオードに搭載されていることを特徴としてもよい。ＰＩＮフォトダイオードは、アバランシェフォトダイオードへの電源電圧を制御するための出力電流を生成し、アバランシェフォトダイオードのアバランシェ増倍率は、ＰＩＮフォトダイオードからの出力電流の値に基づいて制御手段によって制御され、ＰＩＮフォトダイオードはアバランシェフォトダイオードに搭載され、アバランシェフォトダイオードはＰＩＮフォトダイオードとステムの主面との間に配置され、マウント部に設けられた開口を介してＰＩＮフォトダイオードを透過した光を受け、アバランシェフォトダイオード及びＰＩＮフォトダイオードは、所定の軸に沿って配置されており、アバランシェフォトダイオードの入射面及びＰＩＮフォトダイオードの入射面は当該所定の軸にほぼ垂直に交差している。

本発明の光受信器は、主面と、主面に設けられた溝と、溝の一端に設けられた反射面とを有する基板と、溝内に設けられた光伝送媒体と、主面上に設けられたＰＩＮフォトダイオードと、ＰＩＮフォトダイオードに搭載されたアバランシェフォトダイオードと、 前記アバランシェフォトダイオードを所定のアバランシェ増倍率に維持するための制御手段とを備え、ＰＩＮフォトダイオードは、反射面を介して光伝送媒体からの信号光を受ける入射面を有し、入射面に受けた信号光を入射面の反対面へ透過させ、アバランシェフォトダイオードは、ＰＩＮフォトダイオードを透過した光を受ける入射面を有することを特徴としてもよい。
ＰＩＮフォトダイオードは、アバランシェフォトダイオードへの電源電圧を制御するための出力電流を生成し、アバランシェフォトダイオードのアバランシェ増倍率はＰＩＮフォトダイオードからの出力電流の値に基づいて制御手段によって制御され、アバランシェフォトダイオード及びＰＩＮフォトダイオードは、所定の軸に沿って配置されており、アバランシェフォトダイオードの入射面及びＰＩＮフォトダイオードの前記入射面は当該所定の軸にほぼ垂直に交差している。

上記した光受信器では、ＰＩＮフォトダイオードの入射面は反射面を介して光伝送媒体からの光を受ける。よって、信号光を入力するための反射面を主面に設けることができるので、光受信器の小型化が容易になる。

本発明の光受信器は、アバランシェフォトダイオードが所定のアバランシェ増倍率を維持するように、アバランシェフォトダイオードへの電源電圧及びアバランシェフォトダイオードを流れる電流のうち少なくとも一方をＰＩＮフォトダイオードからの出力電流値に基づいて制御する制御手段をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を良好に制御することができる。

また、光受信器は、或る光量の光が入射したときのアバランシェフォトダイオードのＰＩＮモードにおける出力電流値及びそのときのＰＩＮフォトダイオードの出力電流値をそれぞれＩava₂及びＩpin₂として、信号光が入射したときのアバランシェフォトダイオードの平均出力電流値が以下の値
ｍ・Ｉpin₁・（Ｉava₂／Ｉpin₂）
（ｍ：所望のアバランシェ増倍率、Ｉpin₁：ＰＩＮフォトダイオードからの出力電流値）に近づくように、制御手段が、アバランシェフォトダイオードへの電源電圧及びアバランシェフォトダイオードを流れる電流のうち少なくとも一方を制御することを特徴としてもよい。

また、光受信器は、制御手段が、ＰＩＮフォトダイオードからの出力電流値を電圧信号に変換する変換回路と、入力、第１の出力、及び第２の出力を有し、第２の出力における電流量と第１の出力における電流量との比が所定の比になるよう構成され、第１の出力がアバランシェフォトダイオードに接続されたカレントミラー回路と、カレントミラー回路の入力に電源電圧を供給する電源回路と、変換回路からの電圧信号とカレントミラー回路の第２の出力における電流量とに基づいて、電源電圧を制御する電圧制御回路とを備えることを特徴としてもよい。この光受信器では、カレントミラー回路の第２の出力における電流量が第１の出力からＡＰＤに供給される電流量に略等しくなることを利用して、第２の出力における電流量に基づいてＡＰＤへの電源電圧を制御している。これによって、ＡＰＤのアバランシェ増倍率をさらに良好に制御することができる。

また、光受信器は、制御手段が、ＰＩＮフォトダイオードからの出力電流値を電圧信号に変換する変換回路と、入力、第１の出力、及び第２の出力を有し、第２の出力における電流量と第１の出力における電流量との比が所定の比になるよう構成され、第２の出力がアバランシェフォトダイオードに接続されたカレントミラー回路と、カレントミラー回路の入力に電源電圧を供給する電源回路と、カレントミラー回路の第１の出力における電流量を、変換回路からの電圧信号に基づいて制御する電流制御回路とを備えることを特徴としてもよい。この光受信器では、カレントミラー回路の第２の出力における電流量が第１の出力からＡＰＤに供給される電流量に略等しくなることを利用して、第１の出力における電流量を制御することによって第２の出力からＡＰＤに供給される電流量を制御している。

本発明の光受信器によれば、ＰＩＮ−ＰＤの出力電流に基づいてＡＰＤのアバランシェ増倍率を適切に制御することが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の光受信器の実施の形態を詳細に説明する。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、本発明の光受信器の実施形態を示すブロック図である。図１を参照すると、本実施形態の光受信器１は、光モジュール３、制御部５、及び増幅器９を備えている。光モジュール３は、ＡＰＤ１１、及びＰＩＮ−ＰＤ１３を備えている。

光モジュール３において、ＰＩＮ−ＰＤ１３は、入射面１３ａに光受信器１の外部から光伝送媒体５３を介して入射した信号光Ｌ１が入射する位置に配置されている。入射した信号光Ｌ１のうち一部（信号光Ｌ３とする）はＰＩＮ−ＰＤ１３で出力電流Ｉ２へと変換される。信号光Ｌ１のうち一部（信号光Ｌ２とする）はＰＩＮ−ＰＤ１３の反対面１３ｚへ透過する。ＡＰＤ１１は、入射面１１ａに信号光Ｌ２が入射する位置に配置されている。このとき、例えば信号光Ｌ１の光量のうちの９０〜９９％が透過して信号光Ｌ２となるようにするとよい。

ＡＰＤ１１は、信号光Ｌ２を出力電流Ｉ１に変換するための素子である。ＡＰＤ１１のカソード電極は制御部５に電気的に接続されており、ＡＰＤ１１のアノード電極は増幅器９に電気的に接続されている。ＡＰＤ１１は、カソード電極に制御部５から電源電圧Ｐ１を受けることによって作動し、入射面１１ａに信号光Ｌ２が入射すると出力電流Ｉ１を生成する。このとき、ＡＰＤ１１内部では、信号光Ｌ２の入射によって発生した光電流がアバランシェ増倍作用により所定の増倍率で増倍されることにより、出力電流Ｉ１が生成される。ＡＰＤ１１は、生成した出力電流Ｉ１をアノード電極から増幅器９へ提供する。増幅器９は、ＡＰＤ１１からの出力電流Ｉ１を電圧信号に変換するとともに増幅することにより受信信号Ｓ１を生成し、該受信信号Ｓ１を光受信器１の外部へ提供する。

ＰＩＮ−ＰＤ１３は、信号光Ｌ１のうち一部の信号光Ｌ３を出力電流Ｉ２に変換し、一部の信号光Ｌ２を透過させる。信号光Ｌ２の光量は、信号光Ｌ１の光量の９０〜９９％である。ＰＩＮ−ＰＤ１３のカソード電極は図示しない所定の電源に電気的に接続されており、ＰＩＮ−ＰＤ１３のアノード電極は制御部５に電気的に接続されている。ＰＩＮ−ＰＤ１３は、入射面１３ａに信号光Ｌ３が入射すると出力電流Ｉ２を生成する。ＰＩＮ−ＰＤ１３は、生成した出力電流Ｉ２をアノード電極から制御部５へ提供する。

制御部５は、制御手段として用いることができる。制御部５は、ＡＰＤ１１が所定のアバランシェ増倍率を維持するように、ＡＰＤ１１への電源電圧Ｐ１をＰＩＮ−ＰＤ１３からの出力電流値に基づいて制御する。制御部５は、ＰＩＮ−ＰＤ１３からの出力電流Ｉ２によって、信号光Ｌ３の光量を検出する。制御部５は、ＡＰＤ１１が信号光Ｌ２の光量に応じて発生する光電流を所望の増倍率でアバランシェ増倍するように、信号光Ｌ３の光量に基づいてＡＰＤ１１への電源電圧Ｐ１を生成する。制御部５は、例えばＣＰＵ等を搭載した演算装置や電気回路などによって構成されることができる。

ここで、制御部５の上記した機能について、さらに詳細に説明する。図２は、ＡＰＤ１１の電源電圧に対する出力電流の特性を示すグラフである。なお、図２に示すグラフでは、ＡＰＤ１１の入射面１１ａに入射する光の光量を一定としている。図２を参照すると、ＡＰＤ１１に或る電圧Ｖ_Ｂよりも小さい電源電圧が印加されている場合には、ＡＰＤ１１は入射光量に応じた光電流Ｉ_０を発生する（この状態を、ＡＰＤ１１におけるＰＩＮモードと称する）。また、ＡＰＤ１１に電圧Ｖ_Ｂよりも大きな電源電圧が印加されている場合には、ＡＰＤ１１においてアバランシェ増倍作用が生じ、ＡＰＤ１１からの出力電流値は光電流Ｉ_０に所定の増倍率を掛けた値となる。

アバランシェ増倍作用は、比較的高い逆バイアス電圧がＡＰＤ１１に印加されることにより生じる。このとき、ＡＰＤ１１は、ｐｎ接合のブレークダウン電圧付近で動作することとなるので、その動作特性はＡＰＤ１１の温度に依存する。例えば、図２のグラフにおいて、曲線Ａ、Ｂ、ＣはそれぞれＡＰＤ１１の温度Ｔ_Ｍ、Ｔ_Ｌ、Ｔ_Ｈ（Ｔ_Ｌ＜Ｔ_Ｍ＜Ｔ_Ｈ）における動作特性を示している。このように、一定の光量下で且つＡＰＤ１１への電源電圧が同じ値（例えばＶ_Ｍ）であっても、温度に応じてＡＰＤ１１からの出力電流値がＩ_Ｈ、Ｉ_Ｍ、Ｉ_Ｌと変化することとなる。

図２に示したグラフにおいて、例えば所定の入射光量に対して出力電流Ｉ_Ｍ（＝ｍ・Ｉ_０、ｍ：所望のアバランシェ増倍率）を得ようとすれば、ＡＰＤ１１の特性の変動に応じて電源電圧値をＶ_Ｌ、Ｖ_Ｍ、Ｖ_Ｈなどのように変化させるとよい。従来、サーミスタ等を用いてＡＰＤの温度を測定し、ＡＰＤの温度に基づいて電源電圧を変化させる方法が主に用いられているが、ＡＰＤの温度特性にも個体差があるため、この方法では所望のアバランシェ増倍率ｍを精度良く得ることが難しい。

これに対し、本実施形態の制御部５では、ＰＩＮ−ＰＤ１３からの出力電流Ｉ２に基づいてＡＰＤ１１のアバランシェ増倍率を制御する。光受信器１に或る光量の光を入射させ、このときのＡＰＤ１１のＰＩＮモードにおける出力電流Ｉ１の値及びＰＩＮ−ＰＤ１３の出力電流Ｉ２の値をそれぞれＩava₂（Ａ）及びＩpin₂（Ａ）とする。制御部５は、ＡＰＤ１１に信号光Ｌ２が入射したときのＡＰＤ１１の出力電流Ｉ１の平均値が以下の式
ｍ・Ｉpin₁・（Ｉava₂／Ｉpin₂）
（ｍ：所望のアバランシェ増倍率、Ｉpin₁：信号光Ｌ３に対するＰＩＮ−ＰＤ１３からの出力電流Ｉ２の電流値（Ａ））に近づくように、電源電圧Ｐ１を制御する。これにより、温度変化などの影響を受けることなくＡＰＤ１１において所望のアバランシェ増倍率ｍが得られる。なお、出力電流Ｉ２の平均値とは、パルス化されている信号光Ｌ１（Ｌ２）に応じた出力電流Ｉ２における、複数のパルスにわたる充分な時間の時間平均値を意味する。出力電流Ｉ２の平均値は、例えば積分回路などによって生成されることができる。

次に、光モジュール３について詳細に説明する。図３は、本実施形態の光モジュール３を示す断面図である。光モジュール３は、いわゆる同軸型ＣＡＮパッケージの構成を有しており、ステム４１、キャップ４３、レンズ４５、ＡＰＤ１１、ＰＩＮ−ＰＤ１３、サブマウント４９ａ、マウント部５０、及びリードピン４７を備えている。スリーブ７１はステム４１上に搭載されている。スリーブ７３はスリーブ７１上に搭載され、スリーブ７３はフェルール５４を保持し、フェルール５４は光伝送媒体５３を保持している。光モジュール３は光伝送媒体５３を介して外部から入射する信号光を受光する。光伝送媒体５３、レンズ４５、ＰＩＮ−ＰＤ１３、マウント部５０に含まれるサブマウント５０ｂ、ＡＰＤ１１、サブマウント４９ａ、及びステム４１は、所定の軸に沿って配置されている。ＰＩＮ−ＰＤ１３の入射面１３ａ及びＡＰＤ１１の入射面１１ａは当該所定の軸にほぼ垂直に交差している。光伝送媒体５３からレンズ４５の方向に信号光が出射される。レンズ４５を通過した信号光Ｌ１は入射面１３ａにほぼ垂直に入射する。ＰＩＮ−ＰＤ１３を透過した信号光Ｌ２は入射面１１ａにほぼ垂直に入射する。

ステム４１は、例えば直径５．６ｍｍといった大きさの円盤状の部材である。ステム４１は、複数のリードピン４７を有し、リードピン４７はステム４１を貫通している。ステム４１は例えばステンレス、銅、鉄等の金属材料から成る。

マウント部５０はポール５０ａとサブマウント５０ｂから構成される。ポール５０ａはステム４１の主面４１ａに略垂直に伸びるように立設されている。ポール５０ａは例えばステンレス、銅、鉄等の金属材料から成る。サブマウント５０ｂは一端をポール５０ａに支持され、その一端から主面４１ａに略平行に伸びている。サブマウント５０ｂは、例えばアルミナ、ジルコニア等のセラミック材料からなる。サブマウント５０ｂ上にはＰＩＮ−ＰＤ１３が搭載されている。ＰＩＮ−ＰＤ１３はサブマウント５０ｂに搭載されている。サブマウント５０ｂの中心部には開口５０ｈが形成されている。ＰＩＮ−ＰＤ１３を透過した信号光Ｌ２は開口５０ｈを通過することが可能である。

ＰＩＮ−ＰＤ１３のアノード電極１３ｃはサブマウント５０ｂ上に設けられたパターン電極５０ｃに導線Ｗ１で電気的に接続され、パターン電極５０ｃは導線Ｗ２を介してリードピン４７ｃと電気的に接続されている。ＰＩＮ−ＰＤ１３のカソード電極１３ｂは、サブマウント部に埋め込まれたスルーホール電極５０ｄと電気的に接続されている。スルーホール電極５０ｄはポール５０ａと電気的に接続されており、ポール５０ａはステム４１と電気的に接続されている。ステム４１は図示しないリードピンと電気的に接続されている。上記のように接続されることによってＰＩＮ−ＰＤ１３はリードピン４７ｃ及び上記の図示しないリードピンを介して光モジュール３の外部へ出力電流Ｉ２を提供する。リードピン４７ｃは制御部５に電気的に接続され、上記の図示しないリードピンは所定の電源に電気的に接続されている。

サブマウント４９ａはステム４１の主面４１ａ上に設けられており、サブマウント４９ａ上にＡＰＤ１１が載置されている。ＡＰＤ１１は主面４１ａとＰＩＮ−ＰＤ１３との間に配置されることになる。ＡＰＤ１１の入射面１１ａとＰＩＮ−ＰＤ１３の反対面１３ｚとの間には間隙が設けられている。ＡＰＤ１１のアノード電極１１ｃはリードピン４７ａと導線Ｗ３を介して電気的に接続されている。ＡＰＤ１１のカソード電極１１ｂはサブマウント４９ａ上に設けられた電極４９ｂと電気的に接続されている。電極４９ｂは導線Ｗ４を介してリードピン４７ｂと電気的に接続されている。上記のように接続されることによってＡＰＤ１１はリードピン４７ａ及びリードピン４７ｂを介して光モジュール３の外部へ出力電流Ｉ１を提供する。リードピン４７ｂは制御部５に電気的に接続され、リードピン４７ａは増幅器９（図１参照）に電気的に接続されている。ＡＰＤ１１の入射面１１ａはＰＩＮ−ＰＤ１３の反対面１３ｚに開口５０ｈを介して光学的に結合されている。

キャップ４３は、上記したＡＰＤ１１、ＰＩＮ−ＰＤ１３、及びマウント部５０を覆うための部材である。キャップ４３は、一端が塞がれた円筒形状をしており、例えばステンレス、鉄、鉄ニッケル合金、真鍮等の金属材料からなる。キャップ４３は、その他端がステム４１の主面４１ａに接するようにステム４１に固定されている。キャップ４３の一端には、ＰＩＮ−ＰＤ１３の入射面１３ａと光学的に結合されたレンズ４５が設けられている。信号光Ｌ１は、レンズ４５によって集光され、ＰＩＮ−ＰＤ１３の入射面１１ａへ入射する。

ＰＩＮ−ＰＤ１３の断面図を図４に示す。ＰＩＮ−ＰＤ１３は基板１３ｓ、バッファ層１３ｕ、受光層１３ｖを有している。基板１３ｓは例えば厚さ１００〜３００マイクロメートルのｎ⁺−ＩｎＰからなる。バッファ層１３ｕは例えば厚さ１〜２マイクロメートルのｎ−ＩｎＰからなる。受光層１３ｖは例えばｎ−ＩｎＧａＡｓからなる。ＰＩＮ−ＰＤ１３の透過率は、受光層１３ｖの厚さに依存するので、受光層１３ｖの厚さを調製することによってＰＩＮ−ＰＤ１３の透過率を所望の値に設定することができる。

受光層１３ｖがｎ−ＩｎＧａＡｓからなる場合を例に、受光層１３ｖの厚さｄの設定について説明する。ｎ−ＩｎＧａＡｓの吸収係数をαとすれば、ＰＩＮ−ＰＤ１３の透過率Ｔと厚さｄとの関係は式（１）で表される。
ｄ＝−ｌｎＴ／α …（１）
ここでｎ−ＩｎＧａＡｓの吸収係数αはα＝１．３・１０^４ｃｍ^−１であるので、
ｄ（マイクロメートル）＝−ｌｎＴ／１．３ …（２）
である。例えばＰＩＮ−ＰＤ１３の透過率Ｔを９０％に設定したい場合には、式（２）より、ｄが０．０８１マイクロメートルになるように調製すればよい。また、ＰＩＮ−ＰＤ１３の透過率Ｔを９９％に設定したい場合には、式（２）より、ｄが０．００７７マイクロメートルになるように調製すればよい。

次に、制御部５について詳細に説明する。図５は、制御部５の内部回路を示す回路図である。制御部５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７と、変換回路１７と、カレントミラー回路２１と、電圧制御回路１９とを備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ７は、電源回路として使用される。ＤＣ−ＤＣコンバータ７は入力７ａ及び７ｂ、並びに出力７ｃを有している。入力７ａは、所定電圧（例えば３．３Ｖ）の電源端に電気的に接続されている。出力７ｃは、カレントミラー回路２１に電気的に接続されている。入力７ｂは電圧制御回路１９に電気的に接続されており、ＤＣ−ＤＣコンバータ７は制御信号Ｓ３（後述）を電圧制御回路１９から受ける。ＤＣ−ＤＣコンバータ７は、電源端からの電源電圧を制御信号Ｓ３に基づいて変圧し、電源電圧Ｐ１を生成する。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ７は、出力７ｃからカレントミラー回路２１へ電源電圧Ｐ１を供給する。

カレントミラー回路２１は、抵抗素子２１１及び２１３、並びにｐｎｐ型のトランジスタ２１５及び２１７を含んでいる。また、カレントミラー回路２１は、入力２１ａ、出力２１ｂ（第２の出力）及び出力２１ｃ（第１の出力）を有している。そして、カレントミラー回路２１は、出力２１ｂにおける電流量が出力２１ｃにおける電流量と所定の電流比になるように構成されている。本実施形態での電流比は１である。トランジスタ２１５のエミッタ端子は、抵抗素子２１１を介して入力２１ａに電気的に接続されている。トランジスタ２１７のエミッタ端子は、抵抗素子２１３を介して入力２１ａに電気的に接続されている。カレントミラー回路２１の入力２１ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ７の出力７ｃに電気的に接続されており、ＤＣ−ＤＣコンバータ７から電源電圧Ｐ１が供給される。トランジスタ２１５のベース端子とトランジスタ２１７のベース端子とは、ノード２１９を介して互いに電気的に接続されている。ノード２１９は、トランジスタ２１７のコレクタ端子に電気的に接続されている。トランジスタ２１５のコレクタ端子は、カレントミラー回路２１の出力２１ｂに電気的に接続されている。トランジスタ２１７のコレクタ端子は、カレントミラー回路２１の出力２１ｃを介してＡＰＤ１１のカソード電極１１ｂに電気的に接続されている。なお、ＡＰＤ１１のアノード電極１１ｃは、前述したように増幅器９に電気的に接続されている。

変換回路１７は、バッファアンプ１７１及び抵抗素子１７３を含んでいる。また、変換回路１７は、入力１７ａ、出力１７ｂ及び１７ｃを有している。抵抗素子１７３の一端は、ノード１７５及び入力１７ａを介してＰＩＮ−ＰＤ１３のアノード電極１３ｃに電気的に接続されている。なお、ＰＩＮ−ＰＤ１３のカソード電極１３ｂは、所定の電源端（例えば３．３Ｖ）に電気的に接続されている。抵抗素子１７３の他端は、基準電位線に電気的に接続されている。バッファアンプ１７１の＋側入力端子はノード１７５に電気的に接続されており、バッファアンプ１７１の−側入力端子はバッファアンプ１７１の出力端子に電気的に接続されている。バッファアンプ１７１の出力端子は、出力１７ｃを介してモニタ用端子に電気的に接続されるとともに、出力１７ｂを介して抵抗素子２５の一端に電気的に接続されている。抵抗素子２５の他端は、ノード２７及びダイオード２３を介して基準電位線に電気的に接続されている。

電圧制御回路１９は、ＯＰアンプ１９１、抵抗素子１９３及び１９５を含んでいる。また、電圧制御回路１９は、入力１９ａ及び１９ｃ、並びに出力１９ｂを有している。ＯＰアンプ１９１の−側入力端子は、入力１９ａを介してノード２７に電気的に接続されているとともに、抵抗素子１９５を介してＯＰアンプ１９１の出力端子に電気的に接続されている。ＯＰアンプ１９１の出力端子は、電圧制御回路１９の出力１９ｂを介してＤＣ−ＤＣコンバータ７の入力７ｂに電気的に接続されている。ＯＰアンプ１９１の＋側入力端子は、ノード１９７に電気的に接続されている。ノード１９７は、抵抗素子１９３を介して基準電位線に電気的に接続されるとともに、電圧制御回路１９の入力１９ｃを介してカレントミラー回路２１の出力２１ｂに電気的に接続されている。

続いて、光受信器１の動作について説明する。再び図３を参照すると、レンズ４５で集光された信号光Ｌ１が、ＰＩＮ−ＰＤ１３の入射面１３ａに入射する。信号光Ｌ１の一部（信号光Ｌ３とする）は、ＰＩＮ−ＰＤ１３で出力電流Ｉ２へ変換される。また、信号光Ｌ１の他の一部（信号光Ｌ２とする）は、ＰＩＮ−ＰＤ１３を反対面１３ｚへ透過する。透過した信号光Ｌ２は、ＡＰＤ１１の入射面１１ａに入射する。入射した信号光Ｌ２はＡＰＤ１１で出力電流Ｉ１へ変換される。このように、入力された信号光Ｌ１は、ＰＩＮ−ＰＤ１３に入射し検出される信号光Ｌ３とＡＰＤ１１に入射し検出される信号光Ｌ２とに分離される。

再び図５を参照すると、ＰＩＮ−ＰＤ１３のカソード電極１３ｂとアノード電極１３ｃとの間には３．３Ｖの逆バイアス電圧が印加されており、ＰＩＮ−ＰＤ１３に信号光Ｌ３が入射することによって該信号光Ｌ３の光量に応じた出力電流Ｉ２が流れる。出力電流Ｉ２は、変換回路１７に入力され、ノード１７５及び抵抗素子１７３を通って基準電位線に達する。このとき、抵抗素子１７３に電流Ｉ２が流れることよってノード１７５の電位及びバッファアンプ１７１の＋側入力端子の電位がＶ１となる。そして、バッファアンプ１７５の出力端子から信号光Ｌ３の光量に応じた電圧信号Ｓ２が出力される。

変換回路１７から出力された電圧信号Ｓ２は、変換回路１７の出力１７ｂから出力され、抵抗素子２５及びノード２７を介して電圧制御回路１９に入力される。なお、この回路においては、ＰＩＮ−ＰＤ１３に過大な光量の光が入力されて電圧信号Ｓ２の電圧値が規定値を超えると、ダイオード２３が作動してＯＰアンプ１９１に過大な電流が流れない。

一方、ＡＰＤ１１のカソード電極１１ｂとアノード電極１１ｃとの間には、ＤＣ−ＤＣコンバータ７からカレントミラー回路２１を介して電源電圧Ｐ１が逆バイアス電圧として印加されている。そして、ＡＰＤ１１に信号光Ｌ２が入射すると、ＡＰＤ１１において該信号光Ｌ２の光量に応じた出力電流Ｉ１が流れる。出力電流Ｉ１は、増幅器９によって電圧信号に変換されて受信信号Ｓ１となり、該受信信号Ｓ１が光受信器１の外部へ提供される。このとき、カレントミラー回路２１の作用により、抵抗素子２１１及びトランジスタ２１５を流れる電流Ｉ３の電流量は、抵抗素子２１３及びトランジスタ２１７を流れる電流Ｉ１の電流量とほぼ等しくなる。電流Ｉ３は、カレントミラー回路２１の出力２１ｂから出力され、電圧制御回路１９の入力１９ｃ、ノード１９７、及び抵抗素子１９３を順に通って基準電位線へ流れる。電圧制御回路１９の抵抗素子１９３に電流Ｉ３が流れることよってノード１９７の電位及びＯＰアンプ１９１の＋側入力端子の電位がＶ２となる。

また、電圧制御回路１９へ入力された電圧信号Ｓ２は、ＯＰアンプ１９１の−側端子に入力される。そして、ＯＰアンプ１９１の出力端子は抵抗素子１９５を介して負帰還されているので、電圧信号Ｓ２と電位Ｖ２との差が所定倍率で増幅され、制御信号Ｓ３が生成される。すなわち、制御信号Ｓ３の値は、ＡＰＤ１１の出力電流Ｉ１の電流値と、ＰＩＮ−ＰＤ１３の出力電流Ｉ２の電流値とが所定の比率から乖離したときに大きくなる。ＤＣ−ＤＣコンバータ７は、電圧制御回路１９から制御信号Ｓ３を受けると、この制御信号Ｓ３の値が所定値に近づくように電源電圧Ｐ１の電圧値を調整する。

以上に説明した動作によって、ＡＰＤ１１への電源電圧Ｐ１が制御され、ＡＰＤ１１は所望のアバランシェ増倍率ｍを維持することができる。なお、本実施形態においては、或る光量の光が入射したときのＡＰＤ１１のＰＩＮモードにおける出力電流Ｉ１の電流値（＝Ｉava₂）及びＰＩＮ−ＰＤ１３の出力電流Ｉ２の電流値（＝Ｉpin₂）をまず測定し、それらの比と所望のアバランシェ増倍率ｍとの積ｍ（Ｉava₂／Ｉpin₂）に基づいて、抵抗素子１９３の抵抗値を定めるとよい。また、アバランシェ増倍率ｍを変更する場合は、抵抗素子１９３の抵抗値を変更するとよい。抵抗素子１９３をデジタルポテンショメータとすれば、外部信号によってアバランシェ増倍率ｍを変化させることが可能になる。以下に、図５に示した回路図における数値例を記しておく。
出力電流Ｉ１：１０μＡ（信号光Ｌ２の光量：０．９５μＷ）
出力電流Ｉ２：５０ｎＡ（信号光Ｌ３の光量：０．０５μＷ）
電流Ｉ３：１０μＡ
抵抗素子１７３：１００ｋΩ
抵抗素子１９３：５００ｋΩ
抵抗素子１９５：ＯＰアンプ１９１に関する閉ループが発振しない程度に大きいことが好ましい
抵抗素子２１１：１ｋΩ
抵抗素子２１３：１ｋΩ
電源電圧Ｐ１：５０Ｖ
電位Ｖ１：５ｍＶ
電位Ｖ２：５ｍＶ

あるいは、抵抗素子２１１、抵抗素子２１３、及び電流Ｉ３については、以下の数値とすることもできる。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ７の消費電力を上記数値の場合と比べて１１／２０に低減することができる。
電流Ｉ３：１μＡ
抵抗素子２１１：１０ｋΩ
抵抗素子２１３：１ｋΩ
抵抗素子１９３：５ＭΩ

上記光受信器１は、以下の効果を有する。すなわち、光受信器１では、ＰＩＮ−ＰＤ１３が受けた信号光Ｌ１の一部である信号光Ｌ２を透過させ、透過させた信号光Ｌ２をＡＰＤ１１に入射させる。このようにして、信号光Ｌ３をＰＩＮ−ＰＤ１３で検出させ、信号光Ｌ２をＡＰＤ１１で検出させている。従って、ＰＩＮ−ＰＤ１３で検出する信号光Ｌ３とＡＰＤ１１で検出する信号光Ｌ２との光量比が光受信器に入射する信号光の偏波状態等に影響を受けることなく、一定の光量比でＰＩＮ−ＰＤ１３及びＡＰＤ１１へ信号光を入射させることが可能となる。従って、本実施形態の光受信器１によれば、ＰＩＮ−ＰＤ１３の出力電流Ｉ２に基づいてＡＰＤ１１のアバランシェ増倍率を適切に制御することが可能となる。

また、上記光受信器１では、ＡＰＤ１１が所定のアバランシェ増倍率ｍを維持するように、ＡＰＤ１１への電源電圧Ｐ１をＰＩＮ−ＰＤ１３からの出力電流Ｉ２の電流値に基づいて制御する制御部５を備えている。光受信器１はこのような制御部５を備えることが好ましく、これによって、ＡＰＤ１１のアバランシェ増倍率ｍを適切に制御することができる。

また、上記した光モジュール３において、図６に示すようにＰＩＮ−ＰＤ１３の反対面１３ｚにモノリシックレンズ１３ｔを設けてもよい。このようにすれば、ＰＩＮ−ＰＤ１３を透過する信号光Ｌ２はモノリシックレンズ１３ｔによって集光されＡＰＤ１１へ効率よく入射する。また、図７に示すように、ＰＩＮ−ＰＤ１３の入射面１３ａにモノリシックレンズ１３ｔを設けてもよい。この場合は、ＰＩＮ−ＰＤ１３は反対面１３ｚ側にｐｎ接合１３ｊが設けられた裏面入射型のフォトダイオードとするのが好ましい。

このようにすれば、ＰＩＮ−ＰＤ１３に入射する信号光Ｌ１をモノリシックレンズ１３ｔによって集光することができるので、レンズ４５を省略することが可能となる。また、ＰＩＮ−ＰＤ１３を構成する材料は通常のガラスに比べて屈折率が高い。例えば、通常のガラスの屈折率が１．２〜２．０であるのに対してＩｎＰの屈折率は３．５である。このため、モノリシックレンズ１３ｔを用いれば大きな屈折角が得られ、短い距離でＡＰＤ１１に集光が可能であるので、ＰＩＮ−ＰＤ１３とＡＰＤ１１とを近接して設けることができ、光モジュールの小型化が可能となる。

（第１の変形例）
上記した実施形態の光受信器１の第１変形例について説明する。本変形例と上記実施形態との相違点は、ＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３の配置にある。図８は、光モジュール３ａの一部であるＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３を示す断面図である。本変形例の光モジュール３ａは、ＡＰＤ１１、ＰＩＮ−ＰＤ１３、サブマウント４９ａが所定の軸に沿って配置されている。ＰＩＮ−ＰＤ１３は電極５５を有している。ＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３は電極５５を挟んで近接して配置されている。

電極５５は、ＰＩＮ−ＰＤ１３の反対面１３ｚに形成されたカソード電極１３ｂとＡＰＤ１１の入射面１１ａに形成された拡散層１１ｐとの双方に電気的に接続されている。電極５５は、ＰＩＮ−ＰＤ１３のカソード電極として機能し、ＡＰＤ１１のアノード電極としても機能する。電極５５は導線Ｗ２３を介してリードピン４７ａに電気的に接続されている。ＰＩＮ−ＰＤ１３のアノード電極１３ｃは導線Ｗ２１を介してリードピン４７ｃに電気的に接続されている。ＡＰＤ１１のカソード電極１１ｂはサブマウント４９ａ上に形成された電極４９ｂに電気的に接続されている。電極４９ｂは導線Ｗ２４を介してリードピン４７ｂに電気的に接続されている。電極５５の中心部には開口５５ｈが形成されている。ＰＩＮ―ＰＤ１３を通過した光は、開口５５ｈを介してＡＰＤ１１の入射面１１ａに入射する。

図９を参照し、ＡＰＤ１１のアバランシェ増倍率の制御について説明する。図９は制御部５Ａ、ＰＩＮ−ＰＤ１３、ＡＰＤ１１の接続を模式的に示す回路図である。制御部５Ａとしては、例えばＣＰＵ等を搭載した演算装置が用いられる。電極５５は、ＰＩＮ−ＰＤ１３のカソード電極として機能し、ＡＰＤ１１のアノード電極としても機能する。電極５５とアノード電極１３ｃとの間には電源装置１７４によって例えば３．３Ｖの逆バイアス電圧が印加されている。カソード電極１１ｂと電極５５との間にはＤＣ／ＤＣコンバータ７によって逆バイアス電圧Ｐ１が印加されている。制御部５Ａは制御信号Ｓ４をＤＣ／ＤＣコンバータ７へ送信する。ＤＣ／ＤＣコンバータ７は制御信号Ｓ４に応じてカソード電極１１ｂと電極５５との間へ印加するバイアス電圧を調整する。

光モジュール３ａに信号光Ｌ１が入射すると、ＰＩＮ−ＰＤ１３には信号光Ｌ３に対応して電流Ｉ２が流れ、ＡＰＤ１１には信号光Ｌ２に対応して電流Ｉ１が流れる。このとき、制御部５Ａにはアノード電極１３ｃと抵抗素子１７３との間の点の電位Ｖ２に対応する電気信号、及びカソード電極１１ｂと抵抗素子１９３との間の点の電位Ｖ１に対応する電気信号が入力される。制御部５Ａは入力された電気信号に対応する電位Ｖ１、Ｖ２に基づいてＩ１とＩ２との電流比を算出する。そして、制御部５Ａは算出したＩ１とＩ２との電流比が下式（１）を満たすように電圧Ｐ１を制御すればよい。
Ｉ１＝ｍ・Ｉ２・（Ｉava₂／Ｉpin₂） …（１）
上記のような制御を行うことによりＡＰＤ１１のアバランシェ増倍率を制御することができる。

光受信器１は、図３に示した光モジュール３に代えて本変形例による光モジュール３ａを備え、制御部５に代えて制御部５Ａを備えることによっても、上記した実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。

（第２の変形例）
上記光受信器１の第２変形例について説明する。図１０は、上記光受信器１の第１変形例として、光モジュール３ｂを示す断面図、図１１はその平面図である。光モジュール３ｂは、基板５２、光伝送媒体５３、ＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３、電極５５を備えている。また、本変形例の光受信器１は第１の変形例と同様の制御部５Ａを備えている。

例えばシリコンベンチといった基板５２は、主面５２ａに形成された溝５２ｂを有している。溝５２ｂ内に例えば光ファイバといった光伝送媒体５３が配置されている。溝５２ｂの端部には反射面５２ｃが形成されている。光伝送媒体５３は端面５３ａから反射面５２ｂの方向へ信号光Ｌ０を出射する。反射面５２ｃは、信号光Ｌ０を反射する。反射面５２ｃは主面５２ａに対して傾けて設けられており、信号光Ｌ０をＰＩＮ−ＰＤ１３の方向に反射する。反射面５２ｃは例えば溝５２ｂの端部にＡｕメッキすることによって形成される。

ＰＩＮ−ＰＤ１３は、裏面入射型のフォトダイオードである。ＰＩＮ−ＰＤ１３は基板５２上に入射面１３ａを接するように設置されている。ＰＩＮ−ＰＤ１３は、入射面１３ａが反射面５２ｃに対向するように位置合わせされており、入射面１３ａは反射面５２ｃからの信号光Ｌ１を受けることができる。ＰＩＮ−ＰＤ１３の入射面１３ａの反対面１３ｚ側にはｐｎ接合１３ｊが形成されている。ＰＩＮ−ＰＤ１３は、入射面１３ａから入射した信号光Ｌ１の一部（信号光Ｌ３とする）を出力電流Ｉ２へ変換する。信号光Ｌ１のうち信号光Ｌ３以外の一部（信号光Ｌ２とする）は反対面１３ｚへ透過する。信号光Ｌ２は、後述する電極５５に形成された開口５５ｈを通過してＡＰＤ１１の入射面１１ａに入射する。

ＡＰＤ１１は、裏面入射型のフォトダイオードである。ＡＰＤ１１の入射面１１ａの反対面１１ｚ側にｐｎ接合１１ｊが形成されている。ＡＰＤ１１は、入射面１１ａから入射した信号光Ｌ２を出力電流Ｉ１へ変換する。

電極５５は、ＰＩＮ−ＰＤ１３の反対面１３ｚに形成された拡散層１３ｐ及びＡＰＤ１１の入射面１１ａに形成されたカソード電極１１ｂの双方に接触している。電極５５はＰＩＮ−ＰＤ１３のアノード電極として機能し、また、ＡＰＤ１１のカソード電極としても機能する。電極５５は導線Ｗ４３を介して電極５６ａに電気的に接続されている。ＡＰＤ１１のアノード電極１１ｃは導線Ｗ４１を介して電極５６ｃに電気的に接続されている。ＰＩＮ−ＰＤ１３のカソード電極１３ｂは基板５２の主面５２ａ上に設けられたパターン電極５２ｅに接触しており、パターン電極５２ｅは導線Ｗ４４を介して電極５６ｂに電気的に接続されている。電極５５の中心部には開口５５ｈが形成されている。ＰＩＮ―ＰＤ１３の反対面１３ｚとＡＰＤ１１の入射面１１ａは、開口５５ｈを介して光学的に結合されている。

上記のように接続されることによってＰＩＮ−ＰＤ１３は電極５６ａ及び電極５６ｂを介して光モジュール３の外部へ出力電流Ｉ２を提供する。電極５６ａ及び電極５６ｂは制御部５Ａ及び所定の電源に電気的に接続されている。電極５６ｃは増幅器９（図１参照）に電気的に接続されている。本変形例の光受信器１は第１の変形例と同様の制御部５Ａを備えており、第１の変形例と同様にＡＰＤ１１のアバランシェ増倍率を制御することができる。

光受信器１は、図３に示した光モジュール３に代えて、本変形例による光モジュール３ｂを備えることによっても、上記した実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。また、本変形例では、ＰＩＮ―ＰＤ１３の入射面１３ａが反射面５２ｃに対向するように設置され、反射面５２ｃからの光を受ける。よって、信号光を入力するための反射面５２ｃを主面５２ａに設けることができ、光モジュール３ｂの小型化が可能になる。また、反射面５２ｃは主面５２ａに形成されているので、入射面１３ａに近接させることが可能である。よって、ＰＩＮ―ＰＤ１３への信号光Ｌ１を集光する必要がなく、信号光Ｌ１を直接入射面１３ａに入射させることができる。また、本変形例ではＡＰＤ１１及びＰＩＮ―ＰＤ１３を裏面入射型のフォトダイオードとしているので、実装の際には表面実装技術を用いることができる。

（第３の変形例）
図１２は、上記光受信器１の第３変形例として、制御部６の内部回路を示す回路図である。本変形例による制御部６は、以下の点を除き、上記した実施形態の制御部５と同様の構成を備えている。すなわち、本変形例による制御部６は、上記した実施形態の電圧制御回路１９及びＤＣ−ＤＣコンバータ７に代えて、電流制御回路１８及びＤＣ−ＤＣコンバータ５１を備えている。また、本変形例による制御部６では、上記した実施形態と異なり、カレントミラー回路２１の出力２１ｂ（第２の出力）がＡＰＤ１１のカソード電極１１ｂに電気的に接続されており、カレントミラー回路２１の出力２１ｃ（第１の出力）が電流制御回路１８に電気的に接続されている。

電流制御回路１８は、ＯＰアンプ１８１、抵抗素子１８３及び１８５、並びにｎｐｎ型のトランジスタ１８９を含んでいる。また、電流制御回路１８は、入力１８ａ及び１８ｂを有している。ＯＰアンプ１８１の−側入力端子は、入力１８ａを介してノード２７に電気的に接続されているとともに、抵抗素子１８５を介してノード１８７に電気的に接続されている。ＯＰアンプ１８１の＋側入力端子は、基準電位線に電気的に接続されている。ＯＰアンプ１８１の出力端子は、トランジスタ１８９のベース端子に電気的に接続されている。トランジスタ１８９のコレクタ端子は、入力１８ｂを介してカレントミラー回路２１の出力２１ｃに電気的に接続されている。トランジスタ１８９のエミッタ端子は、ノード１８７及び抵抗素子１８３を介して基準電位線に電気的に接続されている。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、本変形例における電源回路であり、入力５１ａ及び出力５１ｂを有している。入力５１ａは、所定電圧（例えば３．３Ｖ）の電源端に電気的に接続されている。出力５１ｂは、カレントミラー回路２１の入力２１ａに電気的に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、上記した実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ７とは異なり、電源端からの電源電圧を予め定められた電源電圧Ｐ１（例えば８０Ｖ）に変換する。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、出力５１ｂからカレントミラー回路２１へ電源電圧Ｐ１を供給する。

続いて、本変形例の動作について説明する。なお、上記した実施形態による光受信器１の動作と重複する動作については、説明を省略する。

ＰＩＮ−ＰＤ１３に信号光Ｌ３が入射した後、変換回路１７において電圧信号Ｓ２が生成され、電流制御回路１８へ入力される。電圧信号Ｓ２は、ＯＰアンプ１８１の−側端子に入力される。そして、ＯＰアンプ１８１において制御信号Ｓ４が生成される。制御信号Ｓ４はトランジスタ１８９のベース端子に入力され、トランジスタ１８９のコレクタ−エミッタ間に制御信号Ｓ４に応じた電流Ｉ３が流れる。電流Ｉ３が抵抗素子１８３を流れると、ノード１８７に電位Ｖ３が生じ、この電位Ｖ３が抵抗素子１８５を介してＯＰアンプ１８１の−側入力端子に負帰還される。従って、制御信号Ｓ４の電圧は電圧信号Ｓ２の電圧を所定倍した大きさとなり、制御信号Ｓ４の大きさに従って電流Ｉ３の電流量が決定される。

一方、ＡＰＤ１１のカソード電極１１ｂとアノード電極１１ｃとの間には、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１からカレントミラー回路２１を介して電源電圧Ｐ１が逆バイアス電圧として印加されている。そして、ＡＰＤ１１に信号光Ｌ２が入射すると、ＡＰＤ１１に出力電流Ｉ１が流れる。このとき、カレントミラー回路２１の作用により、抵抗素子２１１及びトランジスタ２１５を流れる電流Ｉ１の電流量は、抵抗素子２１３及びトランジスタ２１７を流れる電流Ｉ３の電流量とほぼ等しくなる。すなわち、電流Ｉ３の電流量は前述したように電流制御回路１８によって制御されているので、この電流Ｉ３とほぼ同じ電流量の出力電流Ｉ１がＡＰＤ１１に流れることとなる。出力電流Ｉ１は、増幅器９によって電圧信号に変換されて受信信号Ｓ１となり、該受信信号Ｓ１が光受信器１の外部へ提供される。

以上に説明した動作によって、ＡＰＤ１１の出力電流Ｉ１が制御され、ＡＰＤ１１は所望のアバランシェ増倍率ｍを維持することができる。なお、本変形例においても上記した実施形態と同様に、或る光量の光が入射したときのＡＰＤ１１のＰＩＮモードにおける出力電流Ｉ１の電流値（＝Ｉava₂）及びＰＩＮ−ＰＤ１３の出力電流Ｉ２の電流値（＝Ｉpin₂）をまず測定し、それらの比と所望のアバランシェ増倍率ｍとの積ｍ（Ｉava₂／Ｉpin₂）に基づいて、抵抗素子１８３の抵抗値を定めるとよい。

本変形例では、制御部６が、ＡＰＤ１１が所定のアバランシェ増倍率ｍを維持するように、ＡＰＤ１１を流れる出力電流Ｉ１をＰＩＮ−ＰＤ１３からの出力電流Ｉ２の電流値に基づいて制御している。光受信器１は制御部５に代えて上記制御部６を備えることによっても、ＡＰＤ１１のアバランシェ増倍率を良好に制御することができる。

本発明の光受信器は、上記した実施形態及び変形例に限られるものではなく、他にも様々な変形が可能である。例えば、上記した実施形態及び各変形例では、ＡＰＤへの信号光の光量とＰＩＮ−ＰＤへの信号光の光量との比が９：１〜９９：１となるようにＰＩＮ−ＰＤの透過率を設定しているが、これらの光量の比を他の所望の比率とすることも可能である。また、上記した実施形態では制御部がＡＰＤへの電源電圧を制御し、第３変形例では制御部がＡＰＤを流れる電流量を制御しているが、制御手段は電源電圧及び電流の双方を同時に制御してもよい。

光受信器の実施形態を示すブロック図である。 ＡＰＤの電源電圧に対する出力電流の特性を示すグラフである。 受光モジュールを示す断面図である。 ＰＩＮ−ＰＤの断面図である。 制御部の内部回路を示す回路図である。 光モジュールの変形例を示す断面図である。 光モジュールの変形例を示す断面図である。 光受モジュールの変形例を示す断面図である。 変形例の光受信器の接続を模式的に示す回路図である。 光モジュールの変形例を示す断面図である。 光モジュールの変形例を示す平面図である。 変形例の、制御部の内部回路を示す回路図である。 従来の光受信器を示す図である。

符号の説明

１…光受信器、３、３ａ、３ｂ…光モジュール、５、５Ａ、６…制御部、７…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１ｃ…アノード電極、１１…アバランシェフォトダイオード、１１ｂ…カソード電極、１１ａ…入射面、１１ｚ…反対面、１１ｐ…拡散層、１３ｃ…アノード電極、１３ｂ…カソード電極、１３ｕ…バッファ層、１３…アバランシェフォトダイオード、１３ａ…入射面、１３ｚ…反対面、１７…変換回路、１８…電流制御回路、１９…電圧制御回路、２１…カレントミラー回路、４１…ステム、４１ａ…主面、４３…キャップ、４５…レンズ、４９ａ…サブマウント、５０ｂ…サブマウント、５０ｄ…スルーホール電極、５０ｃ…パターン電極、５０ａ…ポール、５０…マウント部、５０ｈ…開口、５２…基板、５２ａ…主面、５２ｂ…溝、５３…光伝送媒体、５５ｈ…開口、５５…電極。

Claims (8)

1. 信号光を受ける入射面を有し、前記信号光の一部を前記入射面の反対面へ透過させるＰＩＮフォトダイオードと、
   前記ＰＩＮフォトダイオードを透過した光を受ける入射面を有するアバランシェフォトダイオードと、
   主面を有するステムと、
   前記ステムの前記主面上に設けられ、前記ＰＩＮフォトダイオードを搭載したマウント部と、
   前記アバランシェフォトダイオードを所定のアバランシェ増倍率に維持するための制御手段と
   を備え、
   前記ＰＩＮフォトダイオードは、前記アバランシェフォトダイオードへの電源を制御するための出力電流を生成し、
   前記アバランシェフォトダイオードのアバランシェ増倍率は、前記ＰＩＮフォトダイオードからの前記出力電流の値に基づいて前記制御手段によって制御され、
   前記アバランシェフォトダイオードは、前記ＰＩＮフォトダイオードと前記ステムの前記主面との間に配置され、前記マウント部に設けられた開口を介して前記ＰＩＮフォトダイオードを透過した光を受け、
   前記アバランシェフォトダイオード及び前記ＰＩＮフォトダイオードは、所定の軸に沿って配置されており、前記アバランシェフォトダイオードの前記入射面及び前記ＰＩＮフォトダイオードの前記入射面は当該所定の軸にほぼ垂直に交差している、ことを特徴とする光受信器。
2. 信号光を受ける入射面を有し、前記信号光の一部を前記入射面の反対面へ透過させるＰＩＮフォトダイオードと、
   前記ＰＩＮフォトダイオードを透過した光を受ける入射面を有するアバランシェフォトダイオードと、
   前記アバランシェフォトダイオードを搭載するステムと、
   前記アバランシェフォトダイオードを所定のアバランシェ増倍率に維持するための制御手段と
   を備え、
   前記ＰＩＮフォトダイオードは、前記アバランシェフォトダイオードへの電源を制御するための出力電流を生成し、
   前記アバランシェフォトダイオードのアバランシェ増倍率は、前記ＰＩＮフォトダイオードからの前記出力電流の値に基づいて前記制御手段によって制御され、
   前記ＰＩＮフォトダイオードは前記アバランシェフォトダイオードに搭載され、
   前記アバランシェフォトダイオードは、前記ＰＩＮフォトダイオードと前記ステムの前記主面との間に配置され、前記マウント部に設けられた開口を介して前記ＰＩＮフォトダイオードを透過した光を受け、
   前記アバランシェフォトダイオード及び前記ＰＩＮフォトダイオードは、所定の軸に沿って配置されており、前記アバランシェフォトダイオードの前記入射面及び前記ＰＩＮフォトダイオードの前記入射面は当該所定の軸にほぼ垂直に交差している、ことを特徴とする光受信器。
3. 主面と、前記主面に設けられた溝と、前記溝の一端に設けられた反射面とを有する基板と、
   前記溝内に設けられた光伝送媒体と、
   前記主面上に設けられたＰＩＮフォトダイオードと、
   前記ＰＩＮフォトダイオードに搭載されたアバランシェフォトダイオードと、
   前記アバランシェフォトダイオードを所定のアバランシェ増倍率に維持するための制御手段と
   を備え、
   前記ＰＩＮフォトダイオードは、前記アバランシェフォトダイオードへの電源を制御するための出力電流を生成し、
   前記アバランシェフォトダイオードのアバランシェ増倍率は、前記ＰＩＮフォトダイオードからの前記出力電流の値に基づいて前記制御手段によって制御され、
   前記ＰＩＮフォトダイオードは、前記反射面を介して前記光伝送媒体からの信号光を受ける入射面を有し、前記入射面に受けた信号光を前記入射面の反対面へ透過させ、
   前記アバランシェフォトダイオードは、前記ＰＩＮフォトダイオードを透過した光を受ける入射面を有し、
   前記アバランシェフォトダイオード及び前記ＰＩＮフォトダイオードは、所定の軸に沿って配置されており、前記アバランシェフォトダイオードの前記入射面及び前記ＰＩＮフォトダイオードの前記入射面は当該所定の軸にほぼ垂直に交差している、ことを特徴とする光受信器。
4. 前記制御手段は、前記アバランシェフォトダイオードへの電源電圧及び前記アバランシェフォトダイオードを流れる電流のうち少なくとも一方を前記ＰＩＮフォトダイオードからの前記出力電流の値に基づいて制御する、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光受信器。
5. 或る光量の光が入射したときのアバランシェフォトダイオードのＰＩＮモードにおける出力電流値及びそのときのＰＩＮフォトダイオードの出力電流値をそれぞれＩava2及びＩpin2として、前記信号光が入射したときの前記アバランシェフォトダイオードの平均出力電流値が以下の値ｍ・Ｉpin1・（Ｉava2／Ｉpin2）
   （ｍ：所望のアバランシェ増倍率、Ｉpin1：ＰＩＮフォトダイオードからの出力電流値）に近づくように、前記制御手段が、前記アバランシェフォトダイオードへの電源電圧及び前記アバランシェフォトダイオードを流れる電流のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項４に記載の光受信器。
6. 前記制御手段が、
   前記ＰＩＮフォトダイオードからの出力電流値を電圧信号に変換する変換回路と、
   入力、第１の出力、及び第２の出力を有し、前記第２の出力における電流量と前記第１の出力における電流量との比が所定の比になるよう構成され、前記第１の出力が前記アバランシェフォトダイオードに接続されたカレントミラー回路と、
   前記カレントミラー回路の前記入力に前記電源電圧を供給する電源回路と、
   前記変換回路からの前記電圧信号と前記カレントミラー回路の前記第２の出力における電流量とに基づいて、前記電源電圧を制御する電圧制御回路と
   を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の光受信器。
7. 前記制御手段が、
   前記ＰＩＮフォトダイオードからの出力電流値を電圧信号に変換する変換回路と、
   入力、第１の出力、及び第２の出力を有し、前記第２の出力における電流量と前記第１の出力における電流量との比が所定の比になるよう構成され、前記第２の出力が前記アバランシェフォトダイオードに接続されたカレントミラー回路と、
   前記カレントミラー回路の前記入力に前記電源電圧を供給する電源回路と、
   前記カレントミラー回路の前記第１の出力における電流量を、前記変換回路からの前記電圧信号に基づいて制御する電流制御回路と
   を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の光受信器。
8. 前記ＰＩＮフォトダイオードに入射した光量の９０％〜９９％が透過する、ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の光受信器。
   

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