JP4695989B2 - 差動ｍ位相偏移変調信号の復調用干渉計 - Google Patents

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Description

本発明は、位相偏移変調、例えば差動Ｍ(Ｍ＝２n(ｎは自然数))位相偏移変調(例えば、
ＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase Shift Keying))変調方式の光伝送システム
に関して、受信機内の光干渉計の構成と制御方法に関する。
近年、光通信システムの容量が急速に増加している。しかし、主流となっている変調技術は、ＮＲＺ（non return-to-zero）又はＲＺ（return-to-zero）フォーマットにおける２値振幅シフトキーイング（ＯＯＫ（on-off keying）とも言う）のままである。
最近では、光通信において、デュオバイナリ方式、ＣＳＲＺ（carrier-suppressed return-to-zero）、ＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）などの変調／復調技術が利用されてきている。
ＤＰＳＫでは、情報は、互いに隣接する２つのシンボル間の位相変化により搬送される。２値ＤＰＳＫでは、位相変化は、「０」または「π」に限定される。４つの位相変化（０、π／２、π、３π／２）を使用する方式は、ＤＱＰＳＫと呼ばれる。従来のＯＯＫと比較すると、ＤＰＳＫは、３ｄＢ程度の光Ｓ／Ｎ比（ＯＳＮＲ：Optical signal-to-noise ratio）利得の改善、および非線形効果に対する耐力が得られる。
光ＤＱＰＳＫは、４値シンボルを送信するので、スペクトル効率が２倍になりうる。つまり、位相変調された二つのデジタル信号を、一つの周波数の信号光を用いて同時に伝送する方式である。この方式は、伝送するデータ速度 (例えば４０Ｇｂｉｔ／ｓ) に対してパルス繰返し速度が半分 (例えば20Gbaud) で済む。このため、従来のＮＲＺ変調方式など
と比較して信号スペクトル幅が半分となる。これにより、電気デバイスの速度に対する要求、光分散の調整、偏波モード分散が緩和される。すなわち、光ＤＱＰＳＫは、次世代の光通信システムの有力候補である。
典型的な光ＤＱＰＳＫ受信機は、二つのブランチ(ここでは、ＡブランチおよびＢブラ
ンチ)に対応する１組のマッハツェンダ干渉計を備える(例えば、非特許文献１参照)。各
マッハツェンダ干渉計は、二つのアームを有し、アームの一方は、伝送システムにおけるシンボル時間に相当する光遅延要素τを備えている。干渉計のアーム間の光位相差は、例えば、Ａブランチでは「π／４」に設定され、Ｂブランチでは「−π／４」に設定される。
各マッハツェンダ干渉計の２つの出力端子は、送信データを再生するためのバランスド光検出器に接続される。なお、光ＤＱＰＳＫ送信機／受信機の構成および動作については、例えば、特許文献１に記載されている。
光ＤＱＰＳＫ受信機では、干渉計のアーム間の光位相差が正確に「π／４」および「−π／４」に設定されていることが非常に重要である。そうでないと、許容範囲を超えた光Ｓ／Ｎ比の劣化が発生する。ここに、マッハツェンダ干渉計のような遅延干渉計は透過特性に周期性のあるフィルタであり、遅延干渉計の透過周期はＦＳＲ(Free spectral range)と呼ばれる。
遅延干渉計の物理特性や設定温度の経時変化、あるいは信号光波長の変更などによりアーム間の位相量がπ／４ (または−π／４) からずれた場合、受信波形が劣化し、符号誤り率が劣化するという問題がある。このため、常に位相量π／４ (または−π／４) をモニタし、そこからずれたときにフィードバック制御でずれを解消する仕組みが必要である。位相量の調整は、ヒータを用いて干渉計の一部の温度調整をすることで行われる。
特表２００４−５１６７４３号公報（ＷＯ２００２／０５１０４１、ＵＳ２００４／００８１４７） "Optical Differential Quadrature Phase-Shift Key (oDQPSK) for High Capacity Optical Transmission" by R.A.Griffin et al, Optical Fiber Communication Conference and Exhibit, 2002. OFC2002 17-22 March 2002 Pages 367-368 特開２００１−２１７４４３号公報
ヒータのみで位相の調整(例えば、０〜２πまで変化させる) を行なうと、消費電力が大
きくなる。一方、ペルチェのような温度制御手段のみの制御では、細かい位相調整が難しく、最適点からのズレによるペナルティが発生する。
干渉計は波長依存性を持つ為に偏波依存性を抑える必要がある。波長依存性は、干渉計を構成するＰＬＣ(Planar Lightwave Circuit（プレーナ光波回路）)への外部応力による影響で生じる。製造過程で導波路を歪みなく製造したとしても、制御時にＰＬＣに熱を加えたときにＰＬＣに外部応力が加わることにより、導波路がゆがみ、偏波波長依存性が生じる。
遅延干渉計のＦＳＲ(Free Spectral Range)の波長特性に偏波依存性がある場合、干渉計
への入力偏波状態により、光信号から見たＦＳＲが異なる。干渉計の波長特性の偏波依存性によるＦＳＲのズレはＰＤＦ(Polarization Dependent Frequency)と呼ばれる。ある偏波状態で干渉計の最適点（例えば、２つの信号の光信号波長のπ／４(又は−π／４）に
設定してあっても、異なる偏波状態が入射された場合、最適点からズレが生じ、それにより光信号を復調したとき、波形劣化につながる。
図１は、位相誤差とＱペナルティとの関係を示す図である。図１には、π／４を基準としてそこからずれた場合のＱペナルティが示されている。例えば、π／４から６度ずれると、１ｄＢのペナルティが生じる。例えば、ＦＳＲが２１．５ＧＨｚとすると、ＰＤＦが０．０６ＧＨｚの場合０．１５ｄＢ、０．３６ＧＨｚの場合１ｄＢのペナルティが生じる。
伝送中の偏波は、ファイバタッチなどの場合、ミリ秒単位で変動する。一方、干渉計の位相調整は温度制御で行なうため、秒単位の制御にとどまる。そのため、偏波変動による位相最適点のズレを干渉計の位相調整で補うことは困難である。そのため、干渉計には偏波依存性(PDF：Polarization Dependent Frequency)が無いことが求められる。
本発明の目的は、干渉計におけるＰＤＦが大きくなることを抑えることが可能な差動Ｍ位相偏移変調信号の復調用干渉計を提供することである。
また、本発明の目的は、製造コストを低減可能な差動Ｍ位相偏移変調信号の復調装置を提供することである。
本発明は、上述した課題を解決するために以下の手段を採用する。
即ち、本発明は、ＰＬＣ型干渉計本体と、
前記ＰＬＣ型干渉計本体を加熱する加熱部と、
前記ＰＬＣ型干渉計本体より高い剛性を有し、前記ＰＬＣ型干渉計本体と前記加熱部との間に挟まれた状態で両者と相互に接着される介装材と
を含む差動Ｍ位相偏移変調信号の復調用干渉計である。
本発明によれば、ＰＬＣ型干渉計本体がこれよりも剛性の高い介装材と接着され、この
介装材を介して加熱部の熱が伝達される。このような構成により、ＰＬＣ型干渉計本体の変形が抑えられ、ＰＤＦが大きくなることが抑えられる。
好ましくは、本発明による干渉計における介装材は、前記ＰＬＣ型干渉計本体との線膨張係数の差が４．５×１０-6／℃以下であり、且つ前記ＰＬＣ型干渉計本体との熱伝達率の差が１０Ｗ／ｍＫ以上である。
好ましくは、本発明による干渉計は、ＰＬＣ型干渉計本体に含まれる光導波路近傍に配置される第２の加熱部を含む。
好ましくは、本発明による干渉計では、加熱部を用いた温度制御で前記ＰＬＣ型干渉計本体を流れる差動Ｍ相位相シフト変調信号の位相調整が行われ、前記第２の加熱部を用いた温度制御で前記加熱部よりも細かい位相調整が行われる。
また、本発明は、差動Ｍ位相偏移変調信号が入力される干渉計モジュールと、
干渉計からの光出力信号を受光する受光モジュールと、
前記干渉計と前記受光モジュールとの間において、前記光出力信号を受光モジュールに結合する光学系とを含み、
前記光学系は、前記干渉計の光出力信号の出射端面に取り付けられ、前記干渉計からの二つの光出力信号が入射されるレンズを含む
差動Ｍ位相偏移変調信号の復調装置である。
本発明によれば、干渉計におけるＰＤＦが大きくなることを抑えることが可能となる。
また、本発明によれば、製造コストを低減可能な差動Ｍ位相偏移変調信号の復調装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
図２Ａは、ＤＱＰＳＫ受信機(ＤＱＰＳＫ復調装置)の構成例を示す図である。ＤＱＰＳＫ受信機は、干渉計モジュール１０と、受光モジュール(バランスド光検出器)２０と、復調部３０と、干渉計制御回路(制御部)４０とを備えている。
干渉計モジュール１０は、受信されたＤＱＰＳＫ変調信号が夫々入力される二系統の遅延干渉計(例えばマッハツェンダ干渉計)を有している。各遅延干渉計Ａ，Ｂにて、ＤＱＰＳＫ変調信号は強度変調された光信号に復調され相補２信号となる。
受光モジュール２０は、各干渉計Ａ及びＢに応じたＡ側受光モジュール２０Ａと、Ｂ側受光モジュール２０Ｂとからなる。以下、干渉計Ａ側を「Ａブランチ」といい、干渉計Ｂ側を「Ｂブランチ」ということもある。
Ａ側受光モジュールは、干渉計Ａが有する２つの出力ポートからの光信号(強度変調さ
れた相補２信号)を差動受信する一組のＰＤ(Photo Detector、例えばTwin-Photo Diode))を持つ光電変換部２１Ａと、光電変換部２１Ａの出力の差分を増幅する増幅器(ＴＩＡ(Trance Impedance Amp))２２Ａとを備えている。Ｂ側受光モジュール２０Ｂは、Ａ側受光モジュール２０Ａと同様に、干渉計Ｂに対応する光電変換部２１Ｂ及び増幅器２２Ｂを備えている。
復調部(再生部)３０は、各増幅器２２Ａ，２２Ｂからの出力信号が入力され、この信号に基づいてクロック及びデータの波形成形を行うＡブランチ及びＢブランチに応じたＣＤＲ(Clock Data Recovery)３１Ａ及び３１Ｂと、ＣＤＲ３１Ａ及び３１Ｂの出力信号が入
力され、フレームの切り出しや誤り符号訂正処理を通じてデータを再生するフレーマ／ＦＥＣ(誤り符号訂正)デコーダ３２とを備えている。
ＤＱＰＳＫでは、先行する位相に対する相対的な位相差(例えば、隣り合うシンボル間
の位相差)として、９０度(π／２rad)ずつ異なる４種類の位相差(例えば、π／４，３π
／４，５π／４，７π／４、即ち±４５度，±１３５度)が用いられ、各位相差に対して
２ビットの情報が乗せられる。例えば、π／４，３π／４，５π／４，７π／４の各位相差に対して、同相成分(Ｉ成分)，直交成分(Ｑ成分)からなる２ビットとして、(０，０)，(０，１)，(１，１)，(１，０)を割り当てることができる(図２Ｂ参照)。
ＤＱＰＳＫ受信機は、受信されるＤＱＰＳＫ変調信号のシンボル間の位相差を基に、その位相差に応じたＩ成分及びＱ成分からなる２ビットの情報を復調することができる。
干渉計制御回路４０は、フレーマ／ＦＥＣデコーダ３２から得られるＢＥＲ(Bit Error
Rate)及び／又は符号誤り率に基づき、干渉計Ａ及びＢに対する加熱制御を行うことで、干渉計Ａ及びＢが有する光導波路の位相調整を行う。
図２Ｃは、Ａブランチの干渉計ＡとＢブランチの干渉計ＢのＦＳＲを示し、図２Ｄは、シンボル間位相差Δθと、各ＣＤＲ３１Ａ及び３１Ｂから出力される電流(Ａブランチ電
流及びＢブランチ電流)との関係を示す表である。
図２Ｄに示すように、シンボル間位相差に応じて、Ａブランチ電流とＢブランチ電流との値は変化するものの、フレーマ／ＦＥＣデコーダ３２における復調処理で、必要に応じて電流の正負を反転することにより、正確なデータを再生することができる。例えば、Δθがπ／２，３π／２，５π／２であっても、Δθ＝０の時と同じＡ及びＢ電流出力を得たい場合には、π／２，３π／２，５π／２において夫々負の値となっているブランチ電流の符号を反転する操作がフレーマ／ＦＥＣデコーダ３２にて実行される。
また、図２Ｃに示すように、ＡブランチのＦＳＲとＢブランチのＦＳＲとの間には、π／２の位相差が設けられている。即ち、Ａブランチ(干渉計Ａ)とＢブランチ(干渉計Ｂ)との間で、π／２の位相差が設けられる。π／２の位相差は、例えば、ＤＱＰＳＫ受信機にて使用される使用波長域の中間波長にてπ／２の位相差を有するように構成される。
図３Ａは、干渉計モジュール１０と受光モジュール２０とを平面的に見た説明図であり、図３Ｂは、図３Ａに示した干渉計モジュール１０及び受光モジュール２０を側面視した説明図である。
図３Ａに示すように、干渉計モジュール１０は、ＤＱＰＳＫ変調信号の入力ポートと、入力ポートから入力されるＤＱＰＳＫ変調信号を二つの導波路にほぼ均等にＹ分岐させる光スプリッタ１１と、光スプリッタ１１で分岐したＤＱＰＳＫ変調信号が夫々入力される干渉計Ａ及びＢを含んでいる。入力ポートには、ＤＱＰＳＫ変調信号を伝送する光ファイバＦ(シングルモード)が接続される。
干渉計Ａは、ＤＱＰＳＫ変調信号を均等に分配する光スプリッタ１２Ａと、光カプラ(光
分岐手段)１３Ａと、光スプリッタ１２Ａと光カプラ１３Ａとの間に設けられた二つの導
波路(アーム)１４Ａ及び１４Ｂとを有している。
一方のアーム１４Ａは、他方のアーム１４Ｂよりも物理的に長く構成され、アーム１４Ａ
を流れる光信号がアーム１４Ｂを流れる光信号よりも１シンボル時間に相当する遅延時間τが与えられるように構成されている。即ち、アーム１４Ａは、ＤＱＰＳＫ変調信号に１シンボル分の相対的な遅延時間τを与えるように長さが設定されている。遅延時間として、干渉計Ａの結合部(光カプラ１３Ａ)において、アーム１４Ａ及び１４Ｂをそれぞれ流れる光信号間に、その光信号波長のπ／４[rad]の位相差が生じるように設定される。
干渉計Ｂは、干渉計Ａと同様の構成を有する。但し、干渉計Ｂでは、アーム１５Ａ(長い
方)とアーム１５Ｂ(短い方)との間で光信号に−π／４[rad]の位相差が生じるように設定される。
各干渉計Ａ及びＢの光カプラで結合(干渉)した光信号は、Ａ及びＢブランチにそれぞれ設けられた二つの出力ポートから出力される。
上述した干渉計モジュール１０は、ＰＬＣ技術を用いたＰＬＣチップ(ＰＬＣ型遅延干渉
計：ＰＬＣ型干渉計本体)１０Ａとして構成される。ＰＬＣチップ１０Ａは、例えば、合
成石英ガラス基板や石英基板上に分配器や光カプラを含む光導波路を形成することで構成される。導波路は、石英(Ｓｉ)，Ｓｉ系材料，リチウムナイオベート(ＬｉＮｂＯ３：Ｌ
Ｎ)，その他の半導体(ＧａＡｓ，ＩｎＰ)材料を用いて構成される。
このように、本実施形態では、二つの干渉計Ａ及びＢが１つのＰＬＣチップ１０Ａとして構成されている。これにより、部品の小型化、部品点数の減少が図られている。また、ＰＬＣチップ１０Ａに光スプリッタ１１，及び光スプリッタ１１から各干渉計Ａ及びＢに至る導波路がＰＬＣチップ上に設けられている。これによって、光スプリッタ１１を各干渉計Ａ及びＢに接続する工程を省略することができる。
さらに、本実施形態では、ＰＬＣチップ１０Ａは、図３Ｂに示すように、各干渉計Ａ及びＢに対する第１の加熱部としてのペルチェ５１と、介装材５２を挟んで接着(接合)されている。即ち、ＰＬＣチップ１０Ａ，介装材５２，及びペルチェ５１は、それぞれ矩形の板状に形成され、ペルチェ５１，介装材５２，及びＰＬＣチップ１０Ａの順で積み重ねられた状態で相互に接着されている。
また、ＰＬＣチップ１０Ａ上には、ＰＬＣチップ１０Ａの温度を検知するための温度センサ５３と、各干渉計Ａ，Ｂのアーム１４Ａ及び１５Ａをそれぞれ加熱する第２の加熱部としてのヒータ５４Ａ及び５４Ｂとが取り付けられている。温度センサ５３には、サーミスタやＲＴＤ(Resistance Temperature Detector)が適用可能である。また、ヒータ５４
Ａ及び５４Ｂには、薄膜ヒータ，マイクロヒータを適用することができる。
ペルチェ５１は、介装材５２を介してＰＬＣチップ１０Ａ全体を加熱する。また、各ヒータ５４Ａ及び５４Ｂは、アーム１４Ａ及び１５Ａの近傍を個別に加熱することができる。これらのペルチェ５１及びヒータ５４Ａ及び５４Ｂは、各干渉計Ａ及びＢに対し、ＤＱＰＳＫ変調信号の波長に応じた遅延時間(例えば、π／４，−π／４の位相差)を与えるために、温度調整を通じて位相差を制御する。
ここで、仮に、ＰＬＣチップ１０Ａとペルチェ５１とが直接に接合される場合、ペルチェ５１によるＰＬＣチップ１０Ａの加熱によって、ＰＬＣチップ１０の熱膨張により干渉計ＡやＢの導波路の屈折率が変わり、アーム間に設定した位相差(π／４，−π／４)がずれて偏波依存性(ＰＤＦ)が大きくなるおそれがある。介装材５２は、このような導波路の変形を抑止すべく設けられている。
介装材５２としては、ＰＬＣチップ１０Ａよりも高い剛性を持つ材料が選択される。ＰＬＣチップ１０Ａが剛性の高い材料と接合されることで剛性が高まり、加熱による変形を抑えるためである。また、介装材５２としては、ペルチェ５１からの熱を適正に伝達すべく、熱伝達率の良い材料が選択される。さらに、介装材５２としては、加熱による介装材
５２の変形が外部応力としてＰＬＣチップ１０Ａになるべく伝わらないように、ＰＬＣチップ１０Ａの線膨張係数との差が可能な限り小さい材料が選択される。
上記した条件に鑑み、介装材５２として、合金，セラミックと金属との融合材料，又は傾斜材料を適用することができる。合金としては、スーパーインバー(Ｆｅ(６３％)，Ｎ
ｉ(３２％)，Ｃｏ(５％) ：線膨張係数０．４×１０-6／℃，熱伝達率１３．５Ｗ／(ｍ・Ｋ))，インバー合金(Ｎｉ(３６％)：線膨張係数１．６×１０-6／℃，熱伝達率１３．４
Ｗ／(ｍ・Ｋ))，コバール合金(Ｎｉ(２９％)，Ｃｏ(１７％)：線膨張係数５×１０-6／℃，熱伝達率１９．７Ｗ／(ｍ・Ｋ))，ステンレスインバー(Ｃｏ(５４％)，Ｃｒ(９．５％)：線膨張係数０．４×１０-6／℃，熱伝達率１３．４Ｗ／(ｍ・Ｋ))，Ｆｅ−Ｐｄ合金(５７Ｆｅ−４３Ｐｄ：線膨張係数１×１０-6／℃) 等を適用できる。また、介装材５２として窒化アルミニウムを適用することができる。窒化アルミニウムを適用する場合の一実施例として、ＰＬＣチップに石英ガラス(線膨張係数は５×１０-7／℃、熱伝達率１．５Ｗ
／ｍＫ)を適用し、窒化アルミニウム(線膨張係数５×１０-6／℃、熱伝達率９０Ｗ／ｍＫ又は１７０Ｗ／ｍＫ)製の介装材を適用し、両者の熱伝達率の差を８８．５Ｗ／ｍＫ又は
１６８．５Ｗ／ｍＫとすることが考えられる。
また、セラミックと金属の融合材料としては、低熱膨張鋳鉄（NEZTEC）(３５％−Ｎｉ
，Ｃ：線膨張係数３．５×１０-6／℃，熱伝達率１７．３Ｗ／(ｍ・Ｋ))が適用可能であ
る。さらに、その他のＰＬＣとペルチェ間の素材(介装材)としては、両者間の熱伝達率が、１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上で、両者間の線熱膨張係数の差が４．５×１０-6／℃以下(例え
ば１．６×１０-6／℃以下)の素材が求められる。
また、熱膨張係数の違う材料を積層することにより得られる熱膨張傾斜材料がある。正の熱膨張係数をもつ材料と負の熱膨張係数をもつ材料を同時焼成することで、線膨張係数を小さくする。例えば、特許公開２００５−８９２３６号公報に開示されるような傾斜材料が適用可能である。
ＰＬＣチップ１０Ａの線膨張係数は５×１０-7／℃であり、ＰＬＣチップ１０Ａの熱伝達率は１．５Ｗ／(ｍ・Ｋ)(室温付近)である。以上より、ＰＬＣチップ１０Ａより高い剛性を持つ介装材５２として、ＰＬＣチップ１０Ａとの線膨張係数との差が４．５×１０-6／℃であり、且つ熱伝達率が１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上である材料(物質)が適用される。線膨張係数の差は、好ましくは、３×１０-6／℃であり、さらに好ましくは１×１０-6／℃であり、さらに好ましくは、０．１×１０-6／℃である。
ＰＬＣチップ１０Ａとペルチェ５１との間に介装材５２が挟まれる(挿入される)ことにより、ペルチェ５１からの熱によるＰＬＣチップ１０Ａの変形が抑えられ、導波路の屈折率が変わってＰＤＦが大きくなることが抑止される。
なお、上述したようなＰＬＣチップ１０Ａとペルチェ(第１の加熱部)５１との間に介装材５２を挟む構成を採用する上において、ＰＬＣチップ１０Ａ上にヒータ５４Ａ，５４Ｂを載置したり、ＰＬＣチップ１０Ａ上に二つの干渉計Ａ及びＢが設けられたりすることは必須の構成要件ではない。
また、上記した例では、ＤＱＰＳＫ変調信号を強度変調信号に復調するための干渉計Ａ及びＢ(Ａブランチ及びＢブランチ)に対する位相差の組み合わせとして、π／４及び−π／４が適用されている。但し、位相差の組み合わせパターンは、以下の８つある。
(１)Ａブランチ＝４５度(π／４rad)、Ｂブランチ＝−４５度(−π／４rad)
(２)Ａブランチ＝−１３５度、Ｂブランチ＝−４５度
(３)Ａブランチ＝−１３５度、Ｂブランチ＝１３５度
(４)Ａブランチ＝４５度、Ｂブランチ＝１３５度
(５)Ａブランチ＝−４５度、Ｂブランチ＝−１３５度
(６)Ａブランチ＝１３５度、Ｂブランチ＝−１３５度
(７)Ａブランチ＝−４５度、Ｂブランチ＝４５度
(８)Ａブランチ＝１３５度、Ｂブランチ＝４５度
組合せパターンによっては、受信機の識別回路(復調部)によりそれぞれ識別されるデータ（０／１）が変わることがある。ただし、識別回路の出力データから送信データを再生する処理を適切に変更すれば、送信データを正しく再生することができる。したがって、上述の実施形態では、Ａブランチの位相目標値が「π／４」でＢブランチの位相目標値が「−π／４」であるが、本発明はこの組合せに限定されるものではない。即ち、本発明は、一方の干渉計の位相差と他方の干渉計の位相差が所定の値の組み合わせとなるように構成することができる。
図４は、図３Ａに示したような干渉計モジュール１０の構成要素の物理的な配置例を示す平面図である。図４に示すように、干渉計ＡとＢとは間隔を空けて配置されている。さらに、各干渉計Ａ及びＢのアーム間は間隔を空けて配置され、ヒータ５４Ａ及び５４Ｂは、長い方のアーム１４Ａ，１５Ａの近傍に配置されている。このようにして、ヒータ５４Ａ及び５４Ｂからの熱が、他方の干渉計に伝わる(熱クロストーク)ことがないように構成されている。また、アーム１４Ａ(１５Ａ)へ向けられた熱がアーム１４Ｂ(１５Ｂ)に伝わらないように、ヒータ５４Ａ(５４Ｂ)とアーム１４Ｂ(１５Ｂ)とは間隔が設けられている。
図３Ａ及び図３Ｂに戻って、干渉計モジュール１０と受光モジュール２０(バランスド
光検出器)との間には、干渉計Ａ及びＢからの出力光をＡ側受光モジュール２０Ａ及びＢ
側受光モジュール２０Ｂへ導くための光学系が設けられている。
光学系は、Ａブランチ及びＢブランチに応じて設けられたＧＲＩＮレンズ(セルフォッ
クレンズ)６１Ａ，６１Ｂと、ＧＲＩＮレンズ６１Ａ，６１Ｂの後段に配置された平面レ
ンズ６２Ａ，６２Ｂとを備えている。
各ＧＲＩＮレンズ６１Ａ及び６１Ｂは、ＰＬＣチップ１０Ａの端面に接着されており、対応する干渉計からの二つの出力ポートに接合されている。一方、平面レンズ６２Ａ及び６２Ｂは、対応するＧＲＩＮレンズと同軸上に配置されており、受光モジュール２０Ａ(
２０Ｂ)の箱形の筐体６５に設けられたレンズフォルダ６３により支持されている。
Ａ側受光モジュール２０ＡとＢ側受光モジュール２０Ｂとは、同じ構成を有している。Ｂ側受光モジュール２０Ｂを例として説明すると、Ｂ側受光モジュール２０Ｂは、平面レンズ６２Ｂを通過した光信号を透過する受光窓６４Ｂを有しており、受光モジュールの筐体６５内部には、光電変換部２１Ｂ及び増幅器２２Ｂが配置されている。筐体６５内部は、半導体素子の性能保持のため、窒素ガス封入後に溶接によって気密封止(ハーメチック
シール)されている。
図５は、Ａ及びＢブランチの代表として、Ｂブランチに対応する光学系の光路(光線)を示す図である。干渉計Ｂの光カプラ１３Ｂから出射された光は、二つの出力ポートからそれぞれ同一のＧＲＩＮレンズ６１Ｂに入射される。ＧＲＩＮレンズ６１Ｂは入射した光を放射状に屈折させるように構成されている。ＧＲＩＮレンズ６１Ｂに入射した各出力ポートからの光は、拡散しながら平行光となり、ＧＲＩＮレンズ６１Ｂの出力端から出射される。
出射された平行光は、平面レンズ(集光レンズ)６２Ｂに夫々入射する。平面レンズ６２Ｂは入射された各光を集光する。平面レンズ６２Ｂから出射される光は、受光窓６２Ｂを
透過し、その焦点位置にて光電変換部２１Ｂの各ＰＤに結合される。
このように、本実施形態では、ＰＬＣチップ１０Ａの端面にＧＲＩＮレンズ６１Ａ及び６１Ｂを取り付けた構成となっている。ＧＲＩＮレンズは、平坦な開口部を持つため、開口部で光を屈折させる必要がなく、低い収差、コリメートレンズとして適した焦点距離とＮ．Ａ．値とを有しており、非球面レンズやマイクロレンズに比べてその取り付けや調整が容易である。
仮に、非球面レンズを適用すると、コマ収差などを考慮する必要があり、複数の出力ポート(導波路)からの出射光を１枚の非球面レンズでコリメートする場合は大きい開口径を用意する必要がある。また、非球面レンズの開口部は平坦ではないので、非球面レンズの支持機構(取り付け機構)が別途必要となり、これによって受信機が大型化する。
また、マイクロレンズを適用すると、複数の導波路からの出射光を１枚のマイクロレンズでコリメートする場合には、非球面レンズと同様に開口径を大きくしなければならない問題がある。これに鑑み、個々の出射光に合わせて複数のマイクロレンズ(マイクロレン
ズアレイ)を用いる場合は、各出射光がマイクロレンズでそれぞれコリメートされるため
、集光レンズにもマイクロレンズを用いる必要がある。この場合、集光レンズとしてのマイクロレンズの光学アライメントを高精度にとる必要があり、光学系(光学結合系)全体のアライメントが非常に複雑になる。
本実施形態では、取り付けや調整が容易なＧＲＩＮレンズを直接にＰＬＣチップ１０Ａに接着するので、他のレンズを用いる場合に比べて、受信機の小型化、部品点数の減少(
レンズ数の減少を含む)を図ることができる。また、取り付けや調整が容易であるので、
その製造工程が簡易となる。即ち、製造コストが低減可能である。
また、図３Ｂに示すように、干渉系モジュール１０と受光モジュール２０とは、同一の基板(底板)７１上に位置決めされて固定配置されている。このとき、干渉系モジュール１０及び受光モジュール２０の基板７１に対する配置は、これらの間に設けられた４つの光信号の光路長が等しくなる(各光信号が同時に各光電変換部２１Ａ及び２１Ｂに到達する)ように決定されている。これによって、受光モジュール２０における光信号の受光タイミングに差が生じて、データ再生に誤りが生じるのを抑えることができる。
また、上述したように、干渉計モジュール１０は、二つの干渉系Ａ及びＢを１つのＰＬＣチップとして構成しているので、干渉計モジュール１０の基板７１に対する取り付け(
位置決め)が容易となっている。
また、上述したように、本実施形態では、干渉計Ａの導波路と干渉計Ｂの導波路との間に相対的な位相差として大よそπ／２の位相差を与えている。このときの相対位相差としては、π／２の奇数倍でも良い。
予め干渉計Ａ−Ｂ間において導波路長を物理寸法的に変えるなどの方法によって相対的な位相差をつけることで、温度による位相制御の際、両干渉計Ａ及びＢに大よそ同等の温度を加えることで位相調整が可能となり、消費電力を抑えることができる。
また、図６に示すように、基板７１の代わりに、垂直に形成されたＬ字型部材(例えば
、Ｌ字型金具)７２を用い、干渉計モジュール１０をＬ字型部材７２の上面に配置し、受
光モジュール２０の筐体のレンズフォルダ６３が設けられた平面がＬ字型部材７２の立面(平面)の一方にレンズフォルダ６３が貫通する状態で取り付けられた構成としても良い。
図３Ａ及び図３Ｂに戻って、本実施形態による干渉計モジュール１０では、ＰＬＣチッ
プ１０Ａ上に、第２の加熱部としてのヒータ５４Ａ及び５４Ｂが設けられている。ペルチェ５１は、ＰＬＣチップ１０Ａ全体を加熱して位相調整を図るため、細かい位相調整ができない。各ヒータ５４Ａ及び５４Ｂは、各ブランチの導波路の近傍を加熱し、ペルチェ５１のみでは実施できない細かい位相調整を、ブランチ毎に行うために設けられている。
干渉計Ａ及びＢの位相調整は、ペルチェ５１とヒータ５４Ａ及び５４Ｂの双方を用いて行われる。ペルチェ５１及びヒータ５４Ａ，５４Ｂの動作制御は、干渉計制御回路４０(
図２Ａ)により行われる。以下、ヒータ５４Ａとヒータ５４Ｂとを区別しない場合には、
ヒータ５４と表記する。
ヒータ５４とペルチェ５１とでは位相の変化量が異なっている。図７Ａは、ヒータ５４による位相変動量の例を示すグラフであり、図７Ｂはペルチェ５１による位相変動量の例を示すグラフである。ヒータ５４では、印加電圧０〜４Ｖの範囲では、１．２ラジアン程度の位相変化量である。これに対し、ペルチェ５１は、１℃あたり２４°の位相変動量を持つ。
干渉計の位相制御において、あらゆる信号位相に対応するためには、π／２ラジアン以上の位相変化量が必要である。ここに、ヒータ５４は、薄膜ヒータやマイクロヒータが適用されるため、印加電圧の最大値が制限される。また、図８に示すように、ペルチェ５１への印加電流を一定にして、一方のヒータ５４(例えばヒータ５４Ａ)の温度(印加電圧)を上げると、隣接した干渉計(例えば干渉計Ｂ)に熱が伝達することにより、干渉計Ｂにおける位相が変化する影響を与える（熱クロストーク）。
ペルチェ５１では干渉計全体(ＰＬＣチップ１０Ａ)の温度を変化させることで位相変化量を大きくとることが可能である。しかし、ペルチェ５１は大まかな位相調整が可能であるが微調整ができない。このため、干渉計制御回路４０は、次のような制御を行う。
干渉計制御回路４０は、温度センサ５３と接続されるとともに、ペルチェ５１及びヒータ５４Ａ及び５４Ｂと通電線(図示せず)を介して接続されている。さらに、干渉計制御回路４０は、フレーマ／ＦＥＣデコーダ３２と接続されており、フレーマ／ＦＥＣデコーダ３２からＢＥＲ及び／又は符号誤り率を受け取るように構成されている。
干渉計制御回路４０は、ＢＥＲ及び／又は符号誤り率の目標値を有しており、ＢＥＲ及び／又は符号誤り率が目標値となるように、温度センサ５３からの出力に基づき温度を関ししつつ、ペルチェ５１に対する印加電流量や、ヒータ５４に対する印加電圧量を調整することで、各ブランチの位相を調整する。
図９に干渉計制御回路４０(位相制御部)による制御例を示す。干渉計制御回路４０は、各ヒータ５４Ａ及び５４Ｂに対する印加電圧値を監視している。ヒータ５４Ａ及び５４Ｂに対する印加電圧量は、ＡブランチとＢブランチとの間にπ／２の位相差を与えるための差を有している。また、ヒータ５４Ａ及び５４Ｂの印加電圧値には、上限閾値と下限閾値とが設けられている。
図９に示すように、例えば、ヒータ５４Ａの印加電圧値が上限閾値に達すると、ペルチェ５１の温度を一定量増加させる。一方で、各ヒータ５４Ａ及び５４Ｂの印加電圧値を、例えばそれぞれの初期値になるように、それぞれ下げる。その後、再びヒータ５４Ａの印加電圧値が上限閾値に達すると、同様の動作が行われる。一方、ヒータ５４Ｂの印加電圧値が下限閾値に達した場合には、逆の動作(ペルチェ５１の温度を下げてヒータ５４の温度
を上げる)が行われる。
このように、ペルチェ５１で大まかな温度制御を行い、ヒータ５４で微調整を行うことにより、細やかな位相調整が可能となる。図１０は、ペルチェ５１のみの位相調整に対するペナルティ(Ｑ値)と、ペルチェ５１及びヒータ５４による位相調整を行った場合のペナルティを示す。ペルチェのみの制御と比べて、ペルチェ及びヒータの制御では約0.5ｄBのペナルティの改善になる。
なお、本実施形態は、ＤＱＰＳＫ受信機について説明したが、本実施形態で説明した構成は、差動Ｍ(本実施形態ではＭ＝４、但しＭ＝２n(ｎは自然数))位相偏移変調信号に対
する受信機(復調(再生)装置)についても適用が可能である。また、本実施形態で説明した干渉計モジュール、受光モジュール、光学系の構成は、ＤＰＳＫのみならず、ＰＳＫ変調信号に対する受信機にも適用が可能である。
〔その他〕
上述した実施形態は、以下の発明を開示する。以下に開示する発明は、必要に応じて適宜組み合わせることができる。
（付記１）
ＰＬＣ型干渉計本体と、
前記ＰＬＣ型干渉計本体を加熱する加熱部と、
前記ＰＬＣ型干渉計本体より高い剛性を有し、前記ＰＬＣ型干渉計本体と前記加熱部との間に挟まれた状態で両者と相互に接着される介装材と
を含む差動Ｍ位相偏移変調信号の復調用干渉計。(１)
(付記２)
前記介装材は、前記ＰＬＣ型干渉計本体との線膨張係数の差が４．５×１０-6／℃以下であり、且つ前記ＰＬＣ型干渉計本体との熱伝達率の差が１０Ｗ／ｍＫ以上である
付記１記載の差動Ｍ位相偏移変調信号の復調用干渉計。(２)
(付記３)
前記ＰＬＣ型干渉計本体は、差動４位相偏移変調信号がそれぞれ入力される二つの干渉計を含み、
前記二つの干渉計間にπ／２の奇数倍[ラジアン]の位相差が生じるように構成されている
付記１又は２記載の差動Ｍ位相偏移変調信号の復調用干渉計。
(付記４)
前記ＰＬＣ型干渉計本体に含まれる光導波路近傍に配置される第２の加熱部を含む
付記１〜３のいずれかに記載の差動Ｍ位相偏移変調信号の復調用干渉計。(３)
(付記５)
前記二つの干渉計を夫々構成する光導波路近傍に夫々配置される第２の加熱部を含む
付記３記載の差動Ｍ位相偏移変調信号の復調用干渉計。
(付記６)
前記加熱部を用いた温度制御で前記ＰＬＣ型干渉計本体を流れる差動Ｍ相位相シフト変調信号の位相調整が行われるとともに、前記第２の加熱部を用いた温度制御で前記加熱部よりも細かい位相調整が行われる
付記４又は５記載の差動Ｍ位相偏移変調信号の復調用干渉計。(４)
(付記７)
差動Ｍ位相偏移変調信号が入力される干渉計モジュールと、
干渉計からの光出力信号を受光する受光モジュールと、
前記干渉計と前記受光モジュールとの間において、前記光出力信号を受光モジュールに結合する光学系とを含み、
前記光学系は、前記干渉計の光出力信号の出射端面に取り付けられ、前記干渉計からの二つの光出力信号が入射されるレンズを含む
差動Ｍ位相偏移変調信号の復調装置。(５)
(付記８)
前記レンズはＧＲＩＮレンズである
付記７記載の差動Ｍ位相偏移変調信号の復調装置。
(付記９)
前記干渉計モジュールと前記受光モジュールとが、前記光学系を通過する複数の光出力信号の各光路長が等しくなるように位置決めされて同一の基板上に固定配置されている
付記７又は８記載の差動Ｍ位相偏移変調信号の復調装置。
(付記１０)
前記干渉計モジュールと前記受光モジュールとが、前記光学系を通過する複数の光出力信号の各光路長が等しくなるように位置決めされてＬ字状部材に取り付けられている
付記７又は８記載の差動Ｍ位相偏移変調信号の復調装置。
（付記１１）
位相変位変調信号が入射されるＰＬＣ型干渉計本体と、
前記ＰＬＣ型干渉計本体を加熱する加熱部と、
前記ＰＬＣ型干渉計本体と前記加熱部との間に挟まれた状態で両者と相互に接着される介装材と、
前記ＰＬＣ型干渉計本体からの光出力信号を受光する受光モジュールとを備え、
前記ＰＬＣ型干渉計本体は、前記位相変位変調信号が夫々入射される二つの干渉計を有し、
一方の干渉計の位相差と他方の干渉計の位相差が所定の値の組み合わせとなるように構成されている
ことを特徴とする位相偏移変調信号の復調用干渉計。
（付記１２）
前記ＰＬＣ型干渉計本体と前記受光モジュールとの間には、前記光出力信号を前記受光モジュールに集光させて結合する光学系が設けられている
ことを特徴とする付記１１記載の位相偏移変調信号の復調用干渉計。
（付記１３）
前記各干渉計を構成する光導波路の一部を加熱する第２の加熱部をさらに備える
ことを特徴とする付記１１記載の位相偏移変調信号の復調用干渉計。
位相誤差とＱペナルティとの関係を示す図である。 ＤＱＰＳＫ受信機(ＤＱＰＳＫ復調装置)の構成例を示す図である。 位相シフトとデータとの関係を示す図である。 ＡブランチとＢブランチのＦＳＲを示す図である。 シンボル間位相差Δθと、各ＣＤＲら出力される電流(Ａブランチ電流及びＢブランチ電流)との関係を示す表である。 干渉計モジュールと受光モジュールとを平面的に見た説明図である。 図３Ａに示した干渉計モジュール及び受光モジュールを側面視した説明図である。 図３Ａに示したような干渉計モジュールの構成要素の物理的な配置例を示す平面図である。 Ａ及びＢブランチの代表として、Ｂブランチに対応する光学系の光路(光線)を示す図である。 図３Ｂに示した構成例の変形例を示す図である。 ヒータによる位相変動量の例を示すグラフである。 ペルチェによる位相変動量の例を示すグラフである。 ペルチェへの印加電流を一定にして一方のヒータの温度を上げたときにおける、隣接した干渉計への熱クロストークを示すグラフである。 干渉計制御回路(位相制御部)による制御例を示す図である。 ペルチェのみの位相調整に対するペナルティ(Ｑ値)と、ペルチェ及びヒータによる位相調整を行った場合のペナルティを示す図である。
符号の説明
Ａ，Ｂ・・・遅延干渉計
１０・・・干渉計モジュール
２０・・・受光モジュール
３０・・・復調部
４０・・・干渉計制御回路(位相制御部)
５１・・・ペルチェ((第１の)加熱部)
５２・・・介装材
５４Ａ，５４Ｂ・・・ヒータ(第２の加熱部)
６１Ａ，６１Ｂ・・・ＧＲＩＮレンズ(レンズ)
７１・・・基板
７２・・・Ｌ字状部材

Claims (2)

  1. 二つの干渉計を含むＰＬＣ型干渉計本体と、
    前記ＰＬＣ型干渉計本体を加熱する第１の加熱部と、
    前記ＰＬＣ型干渉計本体より高い剛性を有し、前記ＰＬＣ型干渉計本体と前記加熱部との間に挟まれた状態で両者と相互に接着される介装材と、
    前記ＰＬＣ型干渉計本体上において、前記二つの干渉計が夫々有する光導波路の一部を夫々加熱するように配置された複数の第２の加熱部とを含み、
    前記第１の加熱部の温度制御によって前記二つの干渉計間に生じる、前記二つの干渉計の各光導波路を流れる差動Ｍ位相偏移変調信号の位相差である第１の位相差と、前記各第２の加熱部の温度制御によって前記二つの干渉計間に生じる、前記二つの干渉計の各光導波路を流れる差動Ｍ位相偏移変調信号の位相差である前記第１の位相差より小さい第２の位相差とで、前記二つの干渉計間に所定の位相差が生じるように、前記第１の加熱部と前記複数の第２の加熱部が制御される
    差動Ｍ位相偏移変調信号の復調用干渉計。
  2. 差動Ｍ位相偏移変調信号が入力される二つの干渉計を含むＰＬＣ型干渉計本体と、前記ＰＬＣ型干渉計本体を加熱する第１の加熱部と、前記ＰＬＣ型干渉計本体より高い剛性を有し、前記ＰＬＣ型干渉計本体と前記加熱部との間に挟まれた状態で両者と相互に接着される介装材と、前記ＰＬＣ型干渉計本体上において、前記二つの干渉計が夫々有する光導波路の一部を夫々加熱するように配置された複数の第２の加熱部とを含む干渉計モジュールと、
    前記干渉計モジュールに含まれた前記二つの干渉計から夫々出力される、二つの光出力信号を受光する受光モジュールと、
    前記干渉計モジュールと前記受光モジュールとの間において、前記二つの光出力信号を
    前記受光モジュールに結合する光学系であって、前記干渉計モジュールの前記二つの光出力信号の出射端面に取り付けられ、前記二つの光出力信号が入射されるレンズを含む光学系と、
    前記第１の加熱部の温度制御によって前記二つの干渉計間に生じる、前記二つの干渉計の各光導波路を流れる差動Ｍ位相偏移変調信号の位相差である第１の位相差と、前記各第２の加熱部の温度制御によって前記二つの干渉計間に生じる、前記二つの干渉計の各光導波路を流れる差動Ｍ位相偏移変調信号の位相差である前記第１の位相差より小さい第２の位相差とで、前記二つの干渉計間に所定の位相差が生じるように、前記第１の加熱部と前記複数の第２の加熱部とを制御する位相制御部と
    を含む差動Ｍ位相偏移変調信号の復調装置。
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