JP7452802B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本開示は、光モジュールに関する。

本出願は、２０１９年７月２日出願の日本出願第２０１９－１２３８００号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

特許文献１は、コヒーレント光波通信用の光受信機を開示する。この光受信機は、信号光を偏光分離する偏光ビームスプリッタと、局発光を分岐する分岐手段と、同一の導波路基板上に形成された第１の光方向性結合器及び第２の光方向性結合器と、第１の光方向性結合器の各出力端からの光をそれぞれ受光する第１の受光素子及び第２の受光素子と、第２の光方向性結合器の各出力端からの光をそれぞれ受光する第３の受光素子及び第４の受光素子とを備える。

特開平５－１５８０９号公報

本開示の一実施形態に係る光モジュールは、それぞれの偏光方向が互いに直交する第１偏光成分及び第２偏光成分を含む信号光を、第１偏光成分と第２偏光成分とに分岐する第１光分岐素子と、第１導入口を有し、第１導入口から第１偏光成分を入力する第１素子と、第２導入口を有し、第２導入口から第２偏光成分を入力する第２素子と、第１光分岐素子と第１導入口との間に配置され、第１導入口に向けて第１偏光成分を集光する第１集光部と、第１光分岐素子と第２導入口との間に配置され、第２導入口に向けて第２偏光成分を集光する第２集光部と、を備え、第１光分岐素子から第１集光部までの第１偏光成分の光路長は、第１光分岐素子から第２集光部までの第２偏光成分の光路長よりも大きく、第２集光部の光軸方向の平均屈折率は、第１集光部の光軸方向の平均屈折率よりも大きい。

本開示の別の実施形態に係る光モジュールは、信号光を、第１光成分と第２光成分とに分岐する光分岐素子と、第１光成分を第１導入口へ集光する第１集光部と、第２光成分を第２導入口へ集光する第２集光部と、を備え、光分岐素子から第１集光部までの第１光成分の光路長は、光分岐素子から第２集光部までの第２光成分の光路長よりも大きく、第２集光部の光軸方向の平均屈折率は、第１集光部の光軸方向の平均屈折率よりも大きい。

図１は、本開示の一実施形態に係る光モジュールとしてのコヒーレントレシーバの内部構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示されたコヒーレントレシーバの平面図である。 図３は、コヒーレントレシーバの内部の各光学部品の接続関係を概略的に示す平面図である。 図４Ａは、図２に示されたレンズの平面図である。 図４Ｂは、図２に示された別のレンズの平面図である。 図５は、図２に示された各レンズ及びベースの断面図である。 図６は、図４Ａに示されたレンズに集光された光の位置と照度との関係を実測したグラフである。 図７は、図４Ｂに示されたレンズに集光された光の位置と照度との関係を実測したグラフである。 図８Ａは、図４Ａに示されたレンズの応力分布状態を説明するための図である。 図８Ｂは、図４Ａに示されたレンズの応力分布状態を図８Ａと対比して説明するための図である。 図８Ｃは、図４Ａに示されたレンズの応力分布状態を図８Ａ及び図８Ｂと対比して説明するための図である。 図９Ａは、図４Ｂに示されたレンズの応力分布状態を説明するための図である。 図９Ｂは、図４Ｂに示されたレンズの応力分布状態を図９Ｂと対比して説明するための図である。 図９Ｃは、図４Ｂに示されたレンズの応力分布状態を図９Ａ及び図９Ｂと対比して説明するための図である。 図１０は、変形例に係るレンズの平面図である。 図１１は、変形例に係るコヒーレントレシーバを概略的に示す平面図である。 図１２は、図１０の一部を拡大して示す斜視図である。 図１３Ａは、比較例に係るコヒーレントレシーバを概略的に示す平面図である。 図１３Ｂは、別の比較例に係るコヒーレントレシーバを概略的に示す平面図である。

［本開示が解決しようとする課題］
上記の特許文献１に記載された光受信機のように、コヒーレント光波通信においては、信号光が異なる偏光成分に分岐され、複数の偏光成分が各受光素子によってそれぞれ受光される。分岐された複数の偏光成分は、それぞれの位相が互いに合うように調整される。各受光素子によって正しく電気信号に変換されるためである。そのために、たとえば光モジュールといったデバイスには、信号光の分岐後から各受光素子までの間で、各光学長を補償（補正）するための調整部品が用いられることがある。一方で、このような光モジュールにおいては、搭載される光学部品の点数の削減が望まれている。

［本開示の効果］
本開示の一実施形態に係る光モジュールによれば、分岐された各偏光成分の光学長差を補償しつつ部品点数を削減することができる。

［本開示の実施形態の説明］
最初に、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。一実施形態に係る光モジュールは、それぞれの偏光方向が互いに直交する第１偏光成分及び第２偏光成分を含む信号光を、第１偏光成分と第２偏光成分とに分岐する第１光分岐素子と、第１導入口を有し、第１導入口から第１偏光成分を入力する第１素子と、第２導入口を有し、第２導入口から第２偏光成分を入力する第２素子と、第１光分岐素子と第１導入口との間に配置され、第１導入口に向けて第１偏光成分を集光する第１集光部と、第１光分岐素子と第２導入口との間に配置され、第２導入口に向けて第２偏光成分を集光する第２集光部と、を備え、第１光分岐素子から第１集光部までの第１偏光成分の光路長は、第１光分岐素子から第２集光部までの第２偏光成分の光路長よりも大きく、第２集光部の光軸方向の平均屈折率は、第１集光部の光軸方向の平均屈折率よりも大きい。

上記の光モジュールにおいては、第１光分岐素子によって分岐されてから第１集光部に到達するまでの第１偏光成分の光路長は、第１光分岐素子によって分岐されてから第２集光部に到達するまでの第２偏光成分の光路長よりも大きい。すなわち、第１偏光成分と第２偏光成分との間に光路長差が生じている。一方で、第２集光部の光軸方向の平均屈折率は、第１集光部の光軸方向の平均屈折率よりも大きい。これにより、第１偏光成分が第１集光部を通過し、第２偏光成分が第２集光部を通過することによって、第１偏光成分と第２偏光成分との間の光学長が実質的に同じになる。このため、第１素子に入力される第１偏光成分と第２素子に入力される第２偏光成分との間の光学長差を、第１集光部及び第２集光部によって補償することができる。したがって、当該光学長差を補償するための調整部品を省略でき、部品点数を削減することができる。

上記の光モジュールにおいて、第１素子及び第２素子は、光９０度ハイブリッド集積型の受光素子であって、第１素子は、第３導入口を有し、第３導入口から第１局発光を入力し、第２素子は、第４導入口を有し、第４導入口から第２局発光を入力し、光モジュールは、信号光を入力する信号光入力ポートと、局発光を入力する局発光入力ポートと、局発光を第１局発光と第２局発光とに分岐する第２光分岐素子と、第２光分岐素子と第３導入口との間に配置され、第３導入口に向けて第１局発光を集光する第３集光部と、第２光分岐素子と第４導入口との間に配置され、第４導入口に向けて第２局発光を集光する第４集光部と、をさらに備え、第２光分岐素子から第４集光部までの第２局発光の光路長は、第２光分岐素子から第３集光部までの第１局発光の光路長よりも大きく、第３集光部の光軸方向の平均屈折率は、第４集光部の光軸方向の平均屈折率よりも大きくてもよい。この場合、第３集光部及び第４集光部によって第１局発光及び第２局発光の間の光学長差を補償することができる。したがって、当該光学長差を補償するための調整部品も省略でき、部品点数をさらに削減することができる。

上記の光モジュールにおいて、第２集光部の光軸方向の平均屈折率は、第１集光部の光軸方向の平均屈折率の１．２倍以上２．６倍以下であってもよい。第１集光部は、ガラス、水晶、フッ化カルシウム及びフッ化マグネシウムの何れかからなる一又は複数の第１レンズからなり、第２集光部は、シリコン、セレン化亜鉛及びサファイアの何れかからなる少なくとも一つの第２レンズを含んでいてもよい。この場合、光学長差を補償し得る第１集光部及び第２集光部を構成しやすい。

上記の光モジュールは、第１集光部及び第２集光部が設置された設置部をさらに備え、第１集光部は、第１線膨張係数を有する材料からなる一又は複数の第１レンズからなり、第２集光部は、第１線膨張係数とは異なる第２線膨張係数を有する材料からなる少なくとも一つの第２レンズを含み、設置部は、第１レンズが設置され、第３線膨張係数を有する材料からなる第１設置部と、第２レンズが設置され、第３線膨張係数とは異なる第４線膨張係数を有する材料からなる第２設置部と、を含み、第３線膨張係数と第１線膨張係数との差の絶対値は、第４線膨張係数と第１線膨張係数との差の絶対値よりも小さく、第４線膨張係数と第２線膨張係数との差の絶対値は、第３線膨張係数と第２線膨張係数との差の絶対値よりも小さくてもよい。この場合、熱の影響等によって各部材が膨張しても、信頼性の低下を抑制することができる。

上記の光モジュールにおいて、第１レンズが設置された設置部の材料はアルミナであり、第２レンズが設置された設置部の材料は窒化アルミニウムあるいはムライトであってもよい。たとえば、第１レンズの材料はガラスであり、第２レンズの材料はシリコンであり、第１設置部の材料はアルミナであり、第２設置部の材料は窒化アルミニウムあるいはムライトであってもよい。アルミナは、ガラスの線膨張係数に近い線膨張係数を有しており、窒化アルミニウム及びムライトは、シリコンの線膨張係数に近い線膨張係数と有している。したがって、この構成によれば、熱の影響等によって各部材が膨張した際、十分に信頼性の低下を抑制することができる。

上記の光モジュールにおいて、第２集光部の光軸方向の厚みは、第１集光部の光軸方向の厚みよりも大きくてもよい。上記の光モジュールにおいて、第１光分岐素子によって分岐された第１偏光成分を反射する第１反射素子をさらに備え、第１光分岐素子によって分岐された第１偏光成分は、第１反射素子を介して第１集光部に集光され、第２偏光成分は、直接、第１光分岐素子の出力側から第２集光部に集光されてもよい。上記の光モジュールにおいて、第１光分岐素子から第１導入口までの光学長は、第１光分岐素子から第２導入口までの光学長と実質的に同じであってもよい。上記の光モジュールにおいて、第４集光部の光軸方向の厚みは、第３集光部の光軸方向の厚みよりも大きくてもよい。上記の光モジュールは、第２光分岐素子によって分岐された第２局発光を反射する第２反射素子をさらに備え、第２光分岐素子によって分岐された第２局発光は、第２反射素子を介して第４集光部に集光され、第１局発光は、直接、第２光分岐素子の出力側から第３集光部に集光されてもよい。上記の光モジュールにおいて、第２光分岐素子から第３導入口までの光学長は、第２光分岐素子から第４導入口までの光学長と実質的に同じであってもよい。

別の実施形態に係る光モジュールは、信号光を、第１光成分と第２光成分とに分岐する光分岐素子と、第１光成分を第１導入口へ集光する第１集光部と、第２光成分を第２導入口へ集光する第２集光部と、を備え、光分岐素子から第１集光部までの第１光成分の光路長は、光分岐素子から第２集光部までの第２光成分の光路長よりも大きく、第２集光部の光軸方向の平均屈折率は、第１集光部の光軸方向の平均屈折率よりも大きい。

上記の光モジュールにおいては、光分岐素子によって分岐されてから第１集光部に到達するまでの第１光成分の光路長は、光分岐素子によって分岐されてから第２集光部に到達するまでの第２光成分の光路長よりも大きい。すなわち、第１光成分と第２光成分との間に光路長差が生じている。一方で、第２集光部の光軸方向の平均屈折率は、第１集光部の光軸方向の平均屈折率よりも大きい。これにより、第１光成分が第１集光部を通過し、第２光成分が第２集光部を通過することによって、第１光成分と第２光成分との間の光学長が実質的に同じになる。このため、第１素子に入力される第１光成分と第２素子に入力される第２光成分との間の光学長差を、第１集光部及び第２集光部によって補償することができる。したがって、当該光学長差を補償するための調整部品を省略でき、部品点数を削減することができる。

上記の光モジュールにおいて、第２集光部の光軸方向の厚みは、第１集光部の光軸方向の厚みよりも大きくてもよい。上記の光モジュールは、光分岐素子によって分岐された第１光成分を反射する反射素子をさらに備え、光分岐素子によって分岐された第１光成分は、反射素子を介して第１集光部に集光され、第２光成分は、直接、光分岐素子の出力側から第２集光部に集光されてもよい、上記の光モジュールにおいて、光分岐素子から第１導入口までの光学長は、光分岐素子から第２導入口までの光学長と実質的に同じであってもよい。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る光モジュールの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示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。以下の説明においては、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

図１は、本開示の一実施形態に係る光モジュールとしてのコヒーレントレシーバ１の内部構成を示す斜視図である。図２は、図１に示されたコヒーレントレシーバの平面図である。コヒーレントレシーバ１は、局発光（Local Beam：局発光）と信号光（Signal Beam：信号光）とを干渉させ、位相変調された信号光に含まれる情報を復調する装置である。復調された情報は電気信号に変換されてコヒーレントレシーバ１の外部に出力される。コヒーレントレシーバ１は、局発光、信号光それぞれに対する光学系と、光９０度ハイブリット集積型の受光素子を含む二つの多モード干渉器（Multi-Mode Interference：ＭＭＩ）４０，５０と、これらの光学系とＭＭＩ４０，５０とを収容する筐体２と、を備える。

ＭＭＩ４０は、本実施形態における第１素子の一例である。ＭＭＩ５０は、本実施形態における第２素子の一例である。二つのＭＭＩ４０，５０は半導体ＭＭＩであり、たとえばＩｎＰ製である。ＭＭＩ４０は、第１多モード干渉部を有し、局発光導入口４１（第３導入口）及び信号光導入口４２（第１導入口）を有する。ＭＭＩ４０は、局発光導入口４１に入力された局発光と、信号光導入口４２に入力された信号光とを干渉させることにより、信号光の位相情報を復調する。同様に、ＭＭＩ５０は、第２多モード干渉部を有し、局発光導入口５１（第４導入口）及び信号光導入口５２（第２導入口）を有する。ＭＭＩ５０は、局発光導入口５１に入力された局発光と、信号光導入口５２に入力された信号光とを干渉させることにより、信号光の位相情報を復調する。本実施形態では二つのＭＭＩ４０，５０が互いに独立して設けられているが、これらは一体に集積化されていてもよい。

筐体２は、前壁２ａを有する。以下の説明において、前壁２ａ側を前方、反対側を後方と呼ぶ。但し、これら前方／後方はあくまでも説明のためだけであり、本発明の範囲を制限するものではない。前壁２ａには、局発光入力ポート５及び信号光入力ポート６が、たとえばレーザ溶接により固定されている。局発光入力ポート５には偏波保持ファイバ３５を介して局発光Ｌ_０が提供され、信号光入力ポート６には単一モードファイバ３６を介して信号光Ｎ_０が提供される。

局発光入力ポート５及び信号光入力ポート６は、それぞれコリメートレンズを有している。局発光入力ポート５は、偏波保持ファイバ３５から出射された局発光Ｌ_０（偏波保持ファイバ３５から出射された状態では発散光）をコリメート光に変更して筐体２内に導く。局発光入力ポート６は、単一モードファイバ３６から出射された信号光Ｎ_０（単一モードファイバ３６から出射された状態では発散光）をコリメート光に変更して筐体２内に導く。

図３は、コヒーレントレシーバ１の内部の各光学部品の接続関係を概略的に示す平面図である。信号光用光学系は、偏光ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter：ＰＢＳ）２１（第１光分岐素子；光分岐素子）と、反射器２２（第１反射素子）と、レンズ群２３（第２集光部）と、レンズ群２４（第１集光部）と、半波長（λ／２）板２５と、を含む。本実施形態において、信号光用光学系は、光学長の差を補償するためのスキュー調整素子を備えていない。

ＰＢＳ２１は、信号光入力ポート６に光結合し、単一モードファイバ３６から信号光入力ポート６を介して提供された信号光Ｎ_０を分岐する。分岐比はたとえば５０：５０である。単一モードファイバ３６が提供する信号光Ｎ_０は、偏光方向が互いに直交する二つの偏光成分としての第１偏光成分及び第２偏光成分を含む。第１偏光成分は、第１光成分の一例であり、第２偏光成分は、第２光成分の一例である。ＰＢＳ２１は、信号光Ｎ_０の二つの偏光成分を相互に分離する。第１偏光成分は、たとえば、信号光Ｎ_０のうち底面２ｃに垂直な偏光成分である。第２偏光成分は、たとえば、信号光Ｎ_０のうち筐体２の底面２ｃに平行な偏光成分である。ＰＢＳ２１は、第２偏光成分を透過して信号光Ｎ_１とし、第１偏光成分を反射して信号光Ｎ_２とする。

ＰＢＳ２１を透過した信号光Ｎ_１は、直進してＭＭＩ５０に向かう。そして、信号光Ｎ_１は、ＭＭＩ５０の信号光導入口５２にレンズ群２３を介して光結合される。ＰＢＳ２１により反射された信号光Ｎ_２は、λ／２板２５を通過する間にその偏光方向が９０°回転される。分岐直後の信号光Ｎ_１，Ｎ_２の偏光は互いに直交している。信号光Ｎ_２についてλ／２板２５を通過させることで、信号光Ｎ_２の偏光方向は９０°回転され、信号光Ｎ_１と同様となる。そして、信号光Ｎ_２は、反射器２２によりその光軸が９０°変換され、ＭＭＩ４０の信号光導入口４２にレンズ群２４を介して光結合される。

レンズ群２３は、ＰＢＳ２１とＭＭＩ５０との間において信号光Ｎ_１の光路上に配置されている。レンズ群２３は、ＰＢＳ２１によって分岐された信号光Ｎ_１を、ＭＭＩ５０の信号光導入口５２に向けて集光する。レンズ群２４は、ＰＢＳ２１と信号光導入口４２との間に配置されている。具体的には、レンズ群２４は、反射器２２とＭＭＩ４０との間において信号光Ｎ_２の光路上に配置されている。レンズ群２４は、ＰＢＳ２１によって分岐され反射器２２において反射した信号光Ｎ_２を、ＭＭＩ４０の信号光導入口４２に向けて集光する。ＰＢＳ２１によって分岐された信号光Ｎ_２は、反射器２２を介してレンズ群２４に集光され、信号光Ｎ_１は、直接、ＰＢＳ２１の出力側からレンズ群２３に集光される。ＰＢＳ２１によって分岐されてからレンズ群２４に到達するまでの信号光Ｎ_２の光路長は、ＰＢＳ２１によって分岐されてからレンズ群２３に到達するまでの信号光Ｎ_１の光路長よりも大きい。つまり、ＰＢＳ２１から反射器２２までの信号光Ｎ_２の光路長と反射器２２からレンズ群２３までの信号光Ｎ_２の光路長との総和は、ＰＢＳ２１からレンズ群２３までの信号光Ｎ_１の光路長よりも大きい。信号光Ｎ_１，Ｎ_２の光路長差は、ＰＢＳ２１から反射器２２に至る光路長の分に相当し、たとえば２ｍｍである。ここで、光路長とは、距離を示すものである。例えば、ＰＢＳ２１によって分岐されてからレンズ群２４に到達するまでの信号光Ｎ_２の光路長とは、ＰＢＳ２１によって分岐されてからレンズ群２４に到達するまでの距離（長さ）を示す。

レンズ群２３は、相対的にＭＭＩ５０に近接して配置されたレンズ２３ａと、相対的にＭＭＩ４０から離間して配置されたレンズ２３ｂと、を有する。レンズ群２４は、相対的にＭＭＩ４０に近接して配置されたレンズ２４ａと、相対的にＭＭＩ４０から離間して配置されたレンズ２４ｂと、を有する。このように、レンズ２３ａ，２４ａとレンズ２３ｂ，２４ｂとを組み合わせて集光レンズとすることによって、ＭＭＩ５０，４０の小さな信号光導入口５２，４２に対する信号光Ｎ_１，Ｎ_２の光結合効率を高めることができる。

レンズ群２３，２４は、二つの信号光Ｎ_１，Ｎ_２の、ＰＢＳ２１から各信号光導入口５２，４２に至る光学長の差を補償する。具体的には、レンズ群２３，２４は、分岐されてからレンズ群２３，２４に到達するまでに生じた信号光Ｎ_１，Ｎ_２の光学長差、換言すると各信号光導入口５２，４２に至るまでの信号光Ｎ_１，Ｎ_２の時間差を補償する。そのために、レンズ群２３の光軸方向の屈折率は、レンズ群２４の光軸方向の平均屈折率よりも大きい。例えば、レンズ群２３の光軸方向の平均屈折率は、レンズ群２４の光軸方向の平均屈折率の１．２倍以上２．６倍以下であってもよい。レンズ群２３の光軸方向の厚さは、レンズ群２４の光軸方向の厚さよりも大きい。

レンズ２４ａは、本実施形態における第１レンズの一例である。レンズ２３ａは、本実施形態における第２レンズの一例である。レンズ２３ａの屈折率はレンズ２４ａの屈折率よりも大きい。レンズ２４ａの材料はガラス（ＳｉＯ_２）であり、レンズ２４ａの屈折率は１．５以上１．８以下である。レンズ２３ａの材料はシリコン（Ｓｉ）であり、レンズ２３ａの屈折率は３．５である。ただし、レンズ２３ａの材料は、レンズ２４ａの材料よりも大きい屈折率を有するものであればよく、セレン化亜鉛、サファイア等であってもよい。レンズ２４ａの材料は、水晶、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム等であってもよい。本実施形態において、レンズ２３ｂ，２４ｂの材料はレンズ２４ａの材料と同じ（たとえばガラス）であり、レンズ２３ｂ，２４ｂはレンズ２４ａの屈折率と同じ屈折率を有している。レンズ群２３において、レンズ２３ａの材料がガラスであり、レンズ２３ｂの材料がシリコンであってもよい。

図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、レンズ２４ａの光軸方向の厚さＤ１は、レンズ２３ａの光軸方向の厚さＤ２よりも小さい。これにより、ＰＢＳ２１から信号光導入口４２，５２それぞれまでの光学長（光が進む距離）は実質的に同じになる。一例として、厚さＤ１は０．７８ｍｍであり、厚さＤ２は０．９６ｍｍである。光学長とは、光が進む距離であり、「屈折率×（物理的な）長さ」で示される。本実施形態では、ＰＢＳ２１からレンズ２３ａ，２４ａそれぞれまでの光路長は異なることから、ＰＢＳ２１からレンズ２３ａ，２４ａそれぞれまでの光学長が異なる。そこで、レンズ２４ａ、２３ａを用い、ＰＢＳ２１から信号光導入口４２，５２それぞれまでの光学長を補償（光学長を同じにする）するものである。

レンズ２３ａ，２４ａの光軸を通る断面の形状は互いに異なっている。本実施形態において、レンズ２４ａの入射側の面は、半径Ｒ１１の球面であり、レンズ２３ａの入射側の面は、半径Ｒ１１よりも大きい半径Ｒ２１の球面である。レンズ２４ａの出射側の面は、半径Ｒ１２の球面であり、レンズ２３ａの出射側の面は、半径Ｒ１２よりも小さい半径Ｒ２２の球面である。本実施形態においては、信号光導入口５２，４２に対する信号光Ｎ_１，Ｎ_２の光結合効率が同程度となるように、半径Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２がそれぞれ設定されている。一例として、半径Ｒ１１は０．５６５ｍｍであり、半径Ｒ２１は０．５９６ｍｍである。半径Ｒ１２は０．４０４ｍｍであり、半径Ｒ２２は０．４０１ｍｍである。ただし、レンズ２３ａ，２４ａの光軸方向に直交する面の形状は同じであってもよい。

局発光用光学系は、局発光入力ポート５から提供された局発光をＭＭＩ４０，５０の局発光導入口４１，５１に導く。局発光用光学系は、偏光子（polarizer）１１と、光分波器（Beam Splitter：ＢＳ）１２（第２光分岐素子）と、反射器１３（第２反射素子）と、レンズ群１４（第３集光部）と、レンズ群１５（第４集光部）と、を含む。本実施形態において、局発光用光学系は、光学長の差を補償するためのスキュー調整素子を備えていない。

偏光子１１は局発光入力ポート５に光結合し、局発光入力ポート５から提供された局発光Ｌ_０の偏波方向を整える。局発光Ｌ_０の光源は、極めて扁平な楕円偏光を出力する。局発光Ｌ_０の光源が直線偏光を出力したとしても、光源からこのコヒーレントレシーバ１に至る光経路に挿入された光部品の実装精度などにより、局発光入力ポート５から入力される局発光Ｌ_０が所望の方向に沿った直線偏光を有しているわけではない。偏光子１１は、局発光入力ポート５から入力された局発光Ｌ_０を、所望の偏光方向（たとえば筐体２の底面２ｃに平行な方向）を有する直線偏光に変換する。

ＢＳ１２は、偏光子１１から出力される局発光Ｌ_０を、局発光Ｌ_１（第１局発光）と局発光Ｌ_２（第２局発光）とに二分岐する。分岐比は５０：５０である。分岐された一方の局発光Ｌ_１はＢＳ１２を直進してＭＭＩ４０に向かう。そして、局発光Ｌ_１は、ＭＭＩ４０の局発光導入口４１にレンズ群１４を介して光結合される。他方の局発光Ｌ_２は、ＢＳ１２によりその光軸を９０°変換され、さらに、反射器１３により再度その光軸を９０°変換されてＭＭＩ５０に向かう。そして、局発光Ｌ_２は、ＭＭＩ５０の局発光導入口５１にレンズ群１５を介して光結合される。

レンズ群１４は、ＢＳ１２とＭＭＩ４０との間において局発光Ｌ_１の光路上に配置されている。レンズ群１４は、ＢＳ１２によって分岐された局発光Ｌ_１を、ＭＭＩ４０の局発光導入口４１に向けて集光する。レンズ群１５は、ＢＳ１２と局発光導入口５１との間に配置されている。具体的には、レンズ群１５は、反射器１３とＭＭＩ５０との間において局発光Ｌ_２の光路上に配置されている。レンズ群１５は、ＢＳ１２によって分岐され反射器１３において反射した局発光Ｌ_２を、ＭＭＩ５０の局発光導入口５１に向けて集光する。ＢＳ１２によって分岐された局発光Ｌ_２は、反射器１３を介してレンズ群１５に集光され、局発光Ｌ_１は、直接、ＢＳ１２の出力側からレンズ群１４に集光される。ＢＳ１２によって分岐されてからレンズ群１５に到達するまでの局発光Ｌ_２の光路長は、ＢＳ１２によって分岐されてからレンズ群１４に到達するまでの局発光Ｌ_１の光路長よりも大きい。つまり、ＢＳ１２から反射器１３までの局発光Ｌ_２の光路長とＢＳ１２からレンズ群１５までの局発光Ｌ_２の光路長との総和は、ＢＳ１２からレンズ群１４までの局発光Ｌ_１の光路長よりも大きい。局発光Ｌ_１，Ｌ_２の光路長差は、ＢＳ１２から反射器１３に至る光路長の分に相当し、たとえば２ｍｍである。

信号光Ｎ_１，Ｎ_２の上記光路長差と同じ分だけ、信号光入力ポート６によって入力されてからレンズ群２４に到達するまでの信号光Ｎ_２の光路長は、局発光入力ポート５によって入力されてからレンズ群１４に到達するまでの局発光Ｌ_１の光路長よりも大きい。一方、局発光Ｌ_１，Ｌ_２の上記光路長差と同じ分だけ、信号光入力ポート６によって入力されてからレンズ群２３に到達するまでの信号光Ｎ_１の光路長は、局発光入力ポート５によって入力されてからレンズ群１５に到達するまでの局発光Ｌ_２の光路長よりも小さい。

レンズ群１４は、相対的にＭＭＩ４０に近接して配置されたレンズ１４ａと、相対的にＭＭＩ４０から離間して配置されたレンズ１４ｂと、を有する。レンズ群１５は、相対的にＭＭＩ５０に近接して配置されたレンズ１５ａと、相対的にＭＭＩ５０から離間して配置されたレンズ１５ｂと、を有する。このように、レンズ１４ａ，１５ａとレンズ１４ｂ，１５ｂとを組み合わせて集光レンズとすることによって、ＭＭＩ４０，５０の小さな局発光導入口４１，５１に対する局発光Ｌ_１，Ｌ_２の光結合効率を高めることができる。

レンズ群１４，１５は、二つの局発光Ｌ_１，Ｌ_２の、ＢＳ１２から各局発光導入口４１，５１に至る光学長の差を補償する。具体的には、レンズ群１４，１５は、分岐されてからレンズ群１４，１５に到達するまでに生じた局発光Ｌ_１，Ｌ_２の光学長差、換言すると各局発光導入口４１，５１に至るまでの局発光Ｌ_１，Ｌ_２の時間差を補償する。そのために、レンズ群１４の光軸方向の平均屈折率は、レンズ群１５の光軸方向の平均屈折率よりも大きい。例えば、レンズ群１４の光軸方向の平均屈折率は、レンズ群１５の光軸方向の平均屈折率の１．２倍以上２．６倍以下であってもよい。レンズ群１４の光軸方向の厚さは、レンズ群１５の光軸方向の厚さよりも大きい。

レンズ１５ａの屈折率はレンズ１４ａの屈折率よりも小さい。たとえば、レンズ１４ａの材料はレンズ２３ａと同じ（たとえばシリコン）であり、レンズ１４ａの屈折率はレンズ２３ａの屈折率と同じ（たとえば３．５）である。レンズ１５ａの材料はレンズ２４ａと同じ（たとえばガラス）であり、レンズ１５ａの屈折率はレンズ２４ａの屈折率と同じ（たとえば１．５以上１．８以下）である。換言すると、レンズ１４ａの屈折率はレンズ２４ａの屈折率よりも大きく、レンズ２３ａの屈折率はレンズ１５ａの屈折率よりも大きい。ただし、レンズ１４ａの材料は、レンズ１５ａの材料よりも大きい屈折率を有するものであればよく、レンズ２３ａの材料と同じでなくてもよい。レンズ１５ａの材料は、レンズ２４ａの材料と同じでなくてもよい。本実施形態において、レンズ１４ｂ，１５ｂの材料はレンズ１５ａの材料と同じ（たとえばガラス）であり、レンズ１４ｂ，１５ｂはレンズ１５ａの屈折率と同じ屈折率を有している。レンズ群１４において、レンズ１４ａの材料がガラスであり、レンズ１４ｂの材料がシリコンであってもよい。

図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、レンズ１５ａの光軸方向の厚さＤ３は、レンズ１４ａの光軸方向の厚さＤ４よりも小さい。これにより、ＢＳ１２から局発光導入口４１，５１それぞれまでの光学長（光が進む距離）は実質的に同じになる。一例として、厚さＤ３は厚さＤ１と同じ（すなわち０．７８ｍｍ）であり、厚さＤ４は厚さＤ２と同じ（すなわち０．９６ｍｍ）である。換言すると、厚さＤ２は厚さＤ３よりも大きく、厚さＤ４は厚さＤ１よりも大きい。

上記の構成により、本実施形態においては、レンズ群２３の光軸方向の屈折率は、レンズ群１５の光軸方向の屈折率よりも大きく、レンズ群１４の光軸方向の屈折率は、レンズ群２４の光軸方向の屈折率よりも大きい。レンズ群２３の光軸方向の厚さは、レンズ群１５の光軸方向の厚さよりも大きく、レンズ群１４の光軸方向の厚さは、レンズ群２４の光軸方向の厚さよりも大きい。

これにより、レンズ群２３，１５は、入力されてから信号光導入口５２に至る信号光Ｎ_１の光学長と、入力されてから局発光導入口５１に至る局発光Ｌ_２の光学長との差を補償する。同様に、レンズ群２４，１４は、入力されてから信号光導入口４２に至る信号光Ｎ_２の光学長と、入力されてから局発光導入口４１に至る局発光Ｌ_１の光学長との差を補償する。これは、図４Ａに示すように、シリコンからなる高屈折率のレンズを用いることで、従来のガラスレンズに比べて、光学長を長くすることができるからである。光の進む距離（光学長）は、物理的な長さではなく、『屈折率×（物理的な）長さ』になる。そのため、光は、ガラスよりも高屈折率であるシリコンからなるレンズ内を通過することで、物理的な長さ以上の距離を進んだことになる。言い換えると、シリコンからなるレンズ内において、光が遅延（光が進む距離が長くなる）する。

レンズ１４ａ，１５ａの光軸を通る断面の形状は互いに異なっている。本実施形態において、レンズ１５ａの入射側の面は、半径Ｒ３１の球面であり、レンズ１４ａの入射側の面は、半径Ｒ３１よりも大きい半径Ｒ４１の球面である。レンズ１５ａの出射側の面は、半径Ｒ３２の球面であり、レンズ１４ａの出射側の面は、半径Ｒ３２よりも小さい半径Ｒ４２の球面である。本実施形態においては、局発光導入口４１，５１に対する局発光Ｌ_１，Ｌ_２の光結合効率が同程度となるように、半径Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４１，Ｒ４２がそれぞれ設定されている。一例として、半径Ｒ３１は半径Ｒ１１と同じ（すなわち０．５６５ｍｍ）であり、半径Ｒ４１は半径Ｒ２１と同じ（すなわち０．５９６ｍｍ）である。半径Ｒ３２は半径Ｒ１２と同じ（すなわち０．４０４ｍｍ）であり、半径Ｒ４２は半径Ｒ２２と同じ（すなわち０．４０１ｍｍ）である。ただし、レンズ１４ａ，１５ａの光軸方向に直交する面の形状は同じであってもよい。

図１から図３に戻り、ＭＭＩ４０は、マルチモード干渉導波路（ＭＭＩ導波路）と、この導波路に光結合したフォトダイオード（ＰＤ）とを含む。ＭＭＩ導波路は、たとえばＩｎＰ基板上に形成された導波路であり、局発光導入口４１に入力された局発光Ｌ_１と、信号光導入口４２に入力された信号光Ｎ_２とを干渉させて、信号光Ｎ_２に含まれている情報を、局発光Ｌ_１の位相に一致する位相成分と、局発光Ｌ_１の位相と９０°異なる位相成分とに分離して復調する。すなわち、ＭＭＩ４０は、信号光Ｎ_２について二つの独立した情報を復調する。同様に、ＭＭＩ５０は、ＭＭＩ導波路と、この導波路に光結合したＰＤとを含む。ＭＭＩ導波路はＩｎＰ基板上に形成された導波路であり、局発光導入口５１に入力された局発光Ｌ_２と、信号光導入口５２に入力された信号光Ｎ_１とを干渉させて、二つの互いに独立した情報を復調する。図示しないが、図１の光モジュールは、ＭＭＩ４０とＭＭＩ５０とが一つに集積され構成された光半導体素子を用いることもできる。

図１及び図２に示されるように、これらの光学系及びＭＭＩ４０，５０は、ベース４（設置部）を介して筐体２の底面２ｃ上に搭載されている。底面２ｃ上には、復調された情報を処理する回路を搭載する回路基板４６，５６が搭載されている。上述したレンズ群１４，１５，２３，２４の各レンズは、ベース４上に設置されている。図５に示されるように、ベース４に対する各レンズの接地面４ｓはベース４に接着され固定されている。ベース４は、レンズに用いられている複数の材料の中間線膨張係数を有する材料によって構成されている。ここで、本実施形態におけるレンズ１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの材料であるガラスの線膨張係数は、６．２×１０^－６／Ｋ以上８．２×１０^－６／Ｋ以下（例えば、７．２×１０^－６／Ｋ）であり、レンズ１４ａ，２３ａの材料であるシリコンの線膨張係数は、３．４×１０^－６／Ｋ以上４．０×１０^－６／Ｋ以下（例えば、３．８×１０^－６／Ｋ）である。本実施形態において、ベース４は、線膨張係数が４．５×１０^－６／Ｋ以上４．６×１０^－６／Ｋ以下（例えば、４．５×１０^－６／Ｋ）である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の絶縁材料によって構成される。ベース４の材料として、線膨張係数が５．１×１０^－６／Ｋ以上５．３×１０^－６／Ｋ（例えば、５．３×１０^－６／Ｋ）であるムライト（Ａｌ_６Ｏ_１３Ｓｉ_２）を用いてもよい。これらの材料のうち、製造コスト（例えば材料費、加工費等）の増大を抑制する観点から、材料が窒化アルミニウムであってもよい。

筐体２は、前壁２ａとは反対側に後壁２ｂを有する。筐体２は、前壁２ａと後壁２ｂとを接続する二つの側壁から後壁２ｂにわたって連続して設けられたフィードスルー６１を有する。後壁２ｂのフィードスルー６１には複数の信号出力端子６５が設けられ、ＭＭＩ４０，５０によって復調された４つの独立情報は、集積回路４３，５３において信号処理された後、これらの信号出力端子６５を介してコヒーレントレシーバ１の外部に導かれる。集積回路４３，５３には、アンプが実装されている。二つの側壁には別の端子６６，６７が設けられている。端子６６，６７は、ＭＭＩ４０，５０を駆動するための信号、各光部品を駆動するための信号といったＤＣあるいは低周波の信号を筐体２内部に提供する。集積回路４３，５３それぞれは、ＭＭＩ４０，５０を取り囲む回路基板４６，５６それぞれの上に実装されている。さらに、これらの回路基板４６，５６上には、抵抗素子、容量素子、また必要に応じてＤＣ／ＤＣ変換器が実装される。

コヒーレントレシーバ１は、可変光減衰器（ＶＯＡ）３１、ＢＳ３２、及びモニタ用ＰＤ３３をさらに備える。ＶＯＡ３１及びＢＳ３２は、ＰＢＳ２１と信号光入力ポート６との間の信号光Ｎ_０の光路上に配置されている。ＢＳ３２は、信号光入力ポート６から入力された信号光Ｎ_０の一部を分離する。分離された一部の信号光Ｎ_０は、モニタ用ＰＤ３３に入力される。モニタ用ＰＤ３３は、該一部の信号光Ｎ_０の強度に応じた電気信号を生成する。

ＶＯＡ３１は、ＢＳ３２を通過した信号光Ｎ_０を必要に応じて減衰する。減衰度は、コヒーレントレシーバ１の外部からの電気信号によって制御される。たとえば、上述したモニタ用ＰＤ３３からの電気信号に基づいて過入力状態が検知された場合には、ＶＯＡ３１の減衰度を大きくして、ＭＭＩ４０，５０に向かう信号光Ｎ_１，Ｎ_２の強度を小さくする。ＢＳ３２、ＶＯＡ３１、及びモニタ用ＰＤ３３は、筐体２の底面２ｃに搭載されたＶＯＡキャリア３０上に固定される。ＶＯＡキャリア３０は、段差を形成する上下二つの面にこれらの光部品を搭載する。具体的には、一方の面にＢＳ３２及びモニタ用ＰＤ３３を搭載し、他方の面にＶＯＡ３１を搭載する。

以上説明したコヒーレントレシーバ１の作用効果について説明する。本実施形態に係るコヒーレントレシーバ１においては、ＰＢＳ２１によって分岐されてからレンズ群２４（具体的には、レンズ２４ｂ）に到達するまでの信号光Ｎ_２の光路長は、ＰＢＳ２１によって分岐されてからレンズ群２３（具体的には、レンズ２３ａ）に到達するまでの信号光Ｎ_１の光路長よりも大きい。すなわち、信号光Ｎ_１，Ｎ_２に光路長差が生じている。

ここで、図１３Ａ及び図１３Ｂを参照し、比較例に係るコヒーレントレシーバ１Ｘ，１Ｙについて説明する。図１３Ａは、コヒーレントレシーバ１Ｘを概略的に示す平面図である。図１３Ｂは、コヒーレントレシーバ１Ｙを概略的に示す平面図である。コヒーレントレシーバ１Ｘ，１Ｙの信号光光学系は、レンズ２３ａに代えて、レンズ２３Ｘ，２３Ｙをそれぞれ備え、レンズ２４ａに代えて、レンズ２４Ｘ，２４Ｙをそれぞれ備えている。レンズ２３Ｘ，２４Ｘの材料は互いに同じ（たとえばガラス）である。コヒーレントレシーバ１Ｘ，１Ｙにおいては、それぞれ、レンズ２３Ｘ，２３ＹによってＭＭＩ５０の信号光導入口５２に信号光Ｎ_１が集光され、レンズ２４Ｘ，２４ＹによってＭＭＩ４０の信号光導入口４２に信号光Ｎ_２が集光される。図１３Ａ及び図１３Ｂでは、局発光光学系及びその他の光学部品については図示を省略する。

コヒーレントレシーバ１Ｘにおいても、コヒーレントレシーバ１と同様に、分岐されてからレンズ２４Ｘに到達するまでの信号光Ｎ_２の光路長は、分岐されてからレンズ２３Ｘに到達するまでの信号光Ｎ_１の光路長よりも大きい。すなわち、信号光Ｎ_１，Ｎ_２に光路長差が生じている。このため、当該光路長差による光学長差を補償する必要がある。

上記の光学長差を補償するために、コヒーレントレシーバ１Ｘは、スキュー調整素子２６をさらに備えている。これにより、部品点数が多く、デバイスの大型化の原因となる。コヒーレントレシーバ１Ｙは、スキュー調整素子２６を備えていない。コヒーレントレシーバ１Ｙにおいては、光学長差を補償するため、ＭＭＩ５０の信号光導入口５２が、ＭＭＩ４０の信号光導入口４２よりも後方側に配置されている。これにより、デバイスが一層大型化してしまう。

これらに対し、コヒーレントレシーバ１において、レンズ群２３の光軸方向の平均屈折率は、レンズ群２４の光軸方向の平均屈折率よりも大きい。これにより、信号光Ｎ_２がレンズ群２４を通過し、信号光Ｎ_１がレンズ群２３を通過することによって、信号光Ｎ_１，Ｎ_２の光学長が実質的に同じになる。このため、ＭＭＩ４０に入力される信号光Ｎ_２とＭＭＩ５０に入力される信号光Ｎ_１との間の光学長差を、レンズ群２３，２４によって補償することができる。したがって、当該光学長差を補償するための調整部品を省略でき、部品点数を削減することができる。本実施形態における信号光光学系は、上記の光学長差を補償するための調整部品（たとえばスキュー調整素子２６）を備えていないので、デバイスを小型化することができる。

コヒーレントレシーバ１において、ＭＭＩ４０，５０は、光９０度ハイブリッド集積型の受光素子である。ＭＭＩ４０は、局発光導入口４１を有し、局発光導入口４１から局発光Ｌ_１を入力し、ＭＭＩ５０は、局発光導入口５１を有し、局発光導入口５１から局発光Ｌ_２を入力する。コヒーレントレシーバ１は、信号光Ｎ_０を入力する信号光入力ポート６と、局発光Ｌ_０を入力する局発光入力ポート５と、局発光Ｌ_０を局発光Ｌ_１，Ｌ_２に分岐するＢＳ１２と、ＢＳ１２と局発光導入口４１との間に配置され、局発光導入口４１に向けて第１局発光を集光するレンズ群１４と、ＢＳ１２と局発光導入口５１との間に配置され、局発光導入口５１に向けて局発光Ｌ_２を集光するレンズ群１５と、をさらに備える。ＢＳ１２からレンズ群１５までの局発光Ｌ_２の光路長は、ＢＳ１２からレンズ群１４までの局発光Ｌ_１の光路長よりも大きい。レンズ群１４の光軸方向の平均屈折率は、レンズ群１５の光軸方向の平均屈折率よりも大きい。この構成によれば、レンズ群１４，１５によって局発光Ｌ_１，Ｌ_２の光学長差を補償することができる。したがって、当該光学長差を補償するための調整部品も省略でき、部品点数をさらに削減することができる。

コヒーレントレシーバ１において、レンズ群１４の屈折率は、レンズ群２４の光軸方向の屈折率よりも大きい。信号光入力ポート６によって入力されてからレンズ群２４に到達するまでの信号光Ｎ_２の光路長は、局発光入力ポート５によって入力されてからレンズ群１４に到達するまでの局発光Ｌ_１の光路長よりも大きい。レンズ群１４の光軸方向の屈折率は、レンズ群２４の光軸方向の屈折率よりも大きい。この構成によれば、レンズ群１４，２４によって信号光Ｎ_２及び局発光Ｌ_１の間の光学長差を補償することができる。したがって、当該光学長差を補償するための調整部品を省略しつつ、ＭＭＩ４０に入力される信号光Ｎ_２及び局発光Ｌ_１を光結合に適した状態とすることができる。

コヒーレントレシーバ１において、レンズ群２４は、ガラスからなる一又は複数のレンズ２４ａからなり、レンズ群２３は、シリコンからなる少なくとも一つのレンズ２３ａを含んでいる。シリコンは、ガラスに対して特に大きい屈折率を有している。したがって、この構成によれば、レンズ２３ａの厚さＤ２とレンズ２４ａの厚さＤ１との差が大きくなることを抑制しつつ、光学長差を補償し得るレンズ群２３，２４を構成しやすい。

具体的に、信号光Ｎ_１，Ｎ_２の光学長差を補償するためのスキュー調整素子を省略して、レンズ群２３，２４によって光学長差を補償する場合には、厚さＤ２を厚さＤ１よりも大きくすることが必要である。たとえば、本実施形態においては、２ｍｍの光学長差を補償するために、レンズ２３ａ（シリコンからなるレンズ）の厚さＤ２を、レンズ２４ａ（ガラスからなるレンズ）の厚さＤ１よりも０．１８ｍｍだけ大きくしている。

一方で、レンズ２３ａは、ＭＭＩ５０の信号光導入口５２における十分な光結合効率を確保するために、レンズ２４ａによって信号光導入口４２に集光される信号光Ｎ_２と同程度の照度の信号光Ｎ_１を信号光導入口５２に集光させる機能も求められる。しかしながら、厚さＤ２を大きくした場合に、レンズ２３ａの光軸を通る断面の形状をレンズ２４ａの光軸を通る断面の形状と同じままとすると、信号光Ｎ_１の焦点がレンズ２３ａの内部に位置する等、レンズ２４ａによって信号光導入口５２に集光される信号光Ｎ_２と同程度の照度の信号光Ｎ_１を信号光導入口４２に集光させることが困難となる（図１０参照）。これにより、レンズ２３ｃとＭＭＩ４０との光結合効率を低下させてしまうことも考えられる。

これに対し、コヒーレントレシーバ１において、レンズ２４ａの入射側の面は、半径Ｒ１１の球面であり、レンズ２３ａの入射側の面は、半径Ｒ１１よりも大きい半径Ｒ２１の球面である。レンズ２４ａの出射側の面は、半径Ｒ１２の球面であり、レンズ２３ａの出射側の面は、半径Ｒ１２よりも小さい半径Ｒ２２の球面である。たとえば、２ｍｍの光路長差による光学長差をレンズ２３ａ，２４ａによって補償する場合、半径Ｒ１１は０．５６５ｍｍであり、半径Ｒ２１は０．５９６ｍｍである。半径Ｒ１２は０．４０４ｍｍであり、半径Ｒ２２は０．４０１ｍｍである。

ここで、図６は、レンズ２４ａに集光された光の位置と照度との関係を実測したグラフである。図７は、レンズ２３ａに集光された光の位置と照度との関係を実測したグラフである。図６及び図７の各グラフにおいて、横軸は、各レンズの光軸に直角な方向における光軸との相対距離（ｘμｍ）であり、縦軸は、各信号光導入口（ｙ＝０．０００μｍ）におけるＮ_１，Ｎ_２の照度である。図６のグラフにおいて、ストレール比は、０．８８３であった。図７のグラフにおいて、ストレール比は、０．９９８であった。

図６及び図７に示されるように、この構成によれば、レンズ２３ａ，２４ａは、各光軸方向における互いに対応する位置において、同等の照度で光結合が可能であることがわかる。これにより、レンズ２４ａによって信号光導入口５２に集光される信号光Ｎ_１と同程度の照度の信号光Ｎ_２を信号光導入口４２に集光させる機能をレンズ２３ａが有していることがわかる。したがって、ＭＭＩ４０の信号光導入口４２において十分な光結合効率が確保できる。

コヒーレントレシーバ１において、各レンズはベース４上に配置されている。ここで、各レンズの材料の線膨張係数とベース４の材料の線膨張係数とが大きく異なると、熱の影響により各レンズ及びベース４の間に応力が生じ、各レンズにひずみが発生する場合がある。このようなひずみにより、各レンズとＭＭＩ４９，５０との相対的な位置関係にズレが生じると光結合状態に差が生じることも考えられる。各レンズ及びベース４の固定強度が低下する場合もある。

図８Ａから図８Ｃは、図４Ａに示されたレンズ２４ａの応力分布状態を説明するための図である。図８Ａは、線膨張係数が７．８×１０^－６／Ｋであるアルミナによって構成される部材上に搭載されたレンズ２４ａの応力分布状態を示している。図８Ｂは、窒化アルミニウムによって構成される部材上に搭載されたレンズ２４ａの応力分布状態を示している。図８Ｃは、線膨張係数が５．３×１０^－６／Ｋであるムライト（Ａｌ_６Ｏ_１３Ｓｉ_２）によって構成される部材上に搭載されたレンズ２４ａの応力分布状態を示している。図８Ａから図８Ｃにおいては、応力としてＶｏｎ Ｍｉｓｅｓ応力が示されている。色の濃い部分ほど、応力が大きいことが示されている（図８Ｃ参照）。図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃから、アルミナによって構成される部材上に搭載されたレンズ２４ａに生じる応力が最も小さいことがわかる。したがって、ベース４がアルミナによって構成されている場合、レンズ２４ａとベース４との熱膨張率の差による応力が生じにくいことがわかる。

一方、図９Ａから図９Ｃは、図４Ｂに示されたレンズ２３ａの応力分布状態を説明するための図である。図９Ａは、アルミナによって構成される部材上に搭載されたレンズ２３ａの応力分布状態を示している。図９Ｂは、窒化アルミニウムによって構成される部材上に搭載されたレンズ２３ａの応力分布状態を示している。図９Ｃは、ムライトによって構成される部材上に搭載されたレンズ２３ａの応力分布状態を示している。図９Ａから図９Ｃにおいても、応力としてＶｏｎ Ｍｉｓｅｓ応力が示されている。色の濃い部分ほど、応力が大きいことが示されている（図９Ｃ参照）。図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃから、アルミナによって構成される部材上に搭載されたレンズ２３ａに生じる応力が最も大きいことがわかる。したがって、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃから、仮に、ベース４がアルミナによって構成されている場合には、レンズ２３ａとベース４との熱膨張率差による応力が生じやすいことがわかる。

これに対し、コヒーレントレシーバ１において、各レンズは、窒化アルミニウムによって構成されるベース４上に配置されている。窒化アルミニウムは、ガラス及びシリコンの中間線膨張率を有する。したがって、各レンズ及びベース４の間の応力が低減される。これにより光結合状態に差が生じることを抑制できるとともに、各レンズ及びベース４の固定強度の低下を抑制できる。図８Ｂから、ベース４が窒化アルミニウムによって構成されている場合にも、レンズ２４ａとベース４との熱膨張率差による応力が生じにくいことがわかる。図９Ａ及び図９Ｂから、ベース４がアルミナによって構成されている場合と比較して、レンズ２３ａにかかる応力を半分程度まで低減できることがわかる。

以上の実施形態は、本開示に係る光モジュールの一実施形態について説明したものである。本発明に係る光モジュールは、上述したコヒーレントレシーバ１を任意に変更したものとすることができる。

たとえば、レンズ群１４，２３は、レンズ１４ａ及び２３ａをそれぞれ有していたが、これに限定されない。図１０は、変形例に係るレンズ１４ｃ、２３ｃの平面図である。レンズ群１４は、レンズ１４ａに代えてレンズ１４ｃを有していてもよい。レンズ群２３は、レンズ２３ａに代えてレンズ２３ｃを有していてもよい。レンズ１４ｃの厚さＤ５は、レンズ１５ａの厚さＤ３よりも大きく、たとえば厚さＤ４と同じ（すなわち０．９６ｍｍ）である。レンズ２３ｃの厚さＤ６は、レンズ２４ａの厚さＤ１よりも大きく、たとえば厚さＤ２と同じ（すなわち０．９６ｍｍ）である。

一方、レンズ１４ｃ，２３ｃの光軸を通る断面の形状は、レンズ１５ａ，２４ａの光軸を通る断面の形状と同じである。本変形例において、レンズ１４ｃの入射側の面は、半径Ｒ５１の球面であり、レンズ２３ｃの入射側の面は、半径Ｒ６１の球面である。半径Ｒ５１，Ｒ６１は、半径Ｒ１１，Ｒ３１とそれぞれ同じ（すなわち０．５６５ｍｍ）である。レンズ２３ｃの出射側の面は、半径Ｒ５２の球面であり、レンズ１４ｃの出射側の面は、半径Ｒ６２の球面である。半径Ｒ５２，Ｒ６２は、半径Ｒ１２，Ｒ３２とそれぞれ同じ（すなわち０．０．４０４ｍｍ）である。

この場合、図１０に示されるように、局発光Ｌ_１の焦点がレンズ１４ｃの内部に位置し、信号光Ｎ_１の焦点がレンズ２３ｃの内部に位置する。このような場合であっても、レンズ１４ｃによる局発光Ｌ_１のＭＭＩ５０への光結合、及び、レンズ２３ｃによる信号光Ｎ_１のＭＭＩ４０への光結合は可能である。

第３集光部としてのレンズ群１４及び第４集光部としてのレンズ群１５は、３個以上のレンズをそれぞれ有していてもよい。あるいは、第３集光部は、レンズ１４ａのみによって構成されていてもよく、第４集光部は、レンズ１５ａのみによって構成されていてもよい。同様に、レンズ群２３，２４は、レンズ２３ａ，２３ｂ及び２４ａ，２４ｂをそれぞれ有していたが、これに限定されない。第２集光部としてのレンズ群２３及び第１集光部としてのレンズ群２４は、３個以上のレンズをそれぞれ有していてもよい。あるいは、第２集光部は、レンズ２３ａのみによって構成されていてもよく、第１集光部は、レンズ２４ａのみによって構成されていてもよい。

図１１は、変形例に係るコヒーレントレシーバ１Ａを概略的に示す平面図である。図１２は、図１１の二点鎖線で囲まれた部分を拡大して示す斜視図である。コヒーレントレシーバ１Ａは、ベース４に代えてベース４Ａを備えている。コヒーレントレシーバ１Ａの局発光光学系は、レンズ群１４に代えてレンズ１４ａを備え、レンズ群１５に代えてレンズ１５ａを備えている。コヒーレントレシーバ１Ａの信号光光学系は、レンズ群２３に代えてレンズ２３ａを備え、レンズ群２４に代えてレンズ２４ａを備えている。コヒーレントレシーバ１Ａは、その他の点においてはコヒーレントレシーバ１と同様に構成されていてよい。以下、コヒーレントレシーバ１とは相違する点において説明する。

変形例において、第３集光部は、レンズ１４ａのみによって構成され、第４集光部は、レンズ１５ａのみによって構成されている。第２集光部は、レンズ２３ａのみによって構成され、第１集光部は、レンズ２４ａのみによって構成されている。ベース４Ａは、設置部４４（第１設置部）と、設置部４５（第２設置部）とを有している。設置部４４は、略矩形の板状部材であり、主面４４ａと、前方側の側面４４ｂと、後方側の側面４４ｃとを有する。側面４４ｃには、ベース４Ａの厚み方向に貫通して前方に向けて窪む二つの窪みが形成されている。設置部４５は、設置部材４５ａ，４５ｂを含む。図１１に示されるように、設置部材４５ａは、設置部４４の一方の窪みに嵌め込まれている。図１１においては、ＭＭＩ４０の図示を省略している。設置部材４５ｂは、設置部４４の他方の窪みに嵌め込まれている。

図１１及び図１２に示されるように、レンズ２３ａは、設置部材４５ａ上に配置され、レンズ１４ａは、設置部材４５ｂ上に設置されている。レンズ１５ａ，２４ａは、設置部４４の主面４４ａ上に設置されている。主面４４ａ上には、その他の光学部品も搭載されている。設置部４４は、レンズ１５ａ，２４ａの材料の線膨張係数（第１線膨張係数）に近い線膨張係数（第３線膨張係数）を有する材料によって構成されている。設置部４５は、レンズ１４ａ，２３ａの材料の線膨張係数（第２線膨張係数）に近い線膨張係数（第４線膨張係数）を有する材料によって構成されている。

ここで、設置部４４の材料の線膨張係数とレンズ１５ａ，２４ａの材料の線膨張係数との差の絶対値は、設置部４５の材料の線膨張係数とレンズ１５ａ，２４ａの材料の線膨張係数との差の絶対値よりも小さく、設置部４５の材料の線膨張係数とレンズ１４ａ，２３ａの材料の線膨張係数との差の絶対値は、設置部４４の材料の線膨張係数とレンズ１４ａ，２３ａの材料の線膨張係数との差の絶対値よりも小さい。この場合、熱の影響等によって各部材が膨張しても、信頼性の低下を抑制することができる。

たとえば、設置部４４の材料の線膨張係数とレンズ１５ａ，２４ａの材料の線膨張係数との差は、－１．４×１０^－６／Ｋ以上２３×１０^－６／Ｋ以下である。設置部４５の材料の線膨張係数とレンズ１４ａ，２３ａの材料の線膨張係数との差は、シリコンと窒化アルミニウムの場合は０．５×１０^－６／Ｋ以上１．２×１０^－６／Ｋ以下、シリコンとムライトの場合は１．１×１０^－６／Ｋ以上１．９×１０^－６／Ｋ以下である。一例として、レンズ１５ａ，２４ａの材料はガラスであり、レンズ１４ａ，２３ａの材料はシリコンであり、設置部４４の材料はアルミナであり、設置部４５の材料は窒化アルミニウムあるいはムライトである。アルミナは、ガラスの線膨張係数に近い線膨張係数を有しており、窒化アルミニウム及びムライトは、シリコンの線膨張係数に近い線膨張係数を有している。アルミナの線膨張係数は、６．８×１０^－６／Ｋ以上８．５×１０^－６／Ｋ以下（例えば、７．８×１０^－６／Ｋ）である。したがって、この構成によれば、熱の影響等によって各部材が膨張した際、十分に信頼性の低下を抑制することができる。

コヒーレントレシーバ１Ａにおいても、レンズ２３ａの光軸方向の屈折率は、レンズ２４ａの光軸方向の屈折率よりも大きいので、コヒーレントレシーバ１と同様に、ＭＭＩ４０に入力される信号光Ｎ_２とＭＭＩ５０に入力される信号光Ｎ_１との間の光学長差を補償するための調整部品を省略でき、部品点数を削減することができる。レンズ１４ａの光軸方向の屈折率は、レンズ１５ａの光軸方向の屈折率よりも大きいので、コヒーレントレシーバ１と同様に、局発光Ｌ_１，Ｌ_２の光学長差を補償するための調整部品も省略できる。レンズ１４ａの光軸方向の屈折率は、レンズ２４ａの光軸方向の屈折率よりも大きいので、上記のような調整部品を省略しつつ、ＭＭＩ４０に入力される信号光Ｎ_２及び局発光Ｌ_１を適切に光結合させることができる。

１，１Ａ，１Ｘ，１Ｙ…コヒーレントレシーバ
２…筐体
２ａ…前壁
２ｂ…後壁
２ｃ…底面
４，４Ａ…ベース（設置部）
４ｓ…接地面
５…局発光入力ポート
６…信号光入力ポート
１１…偏光子
１２…ＢＳ（第２光分岐素子）
１３…反射器（第２反射素子）
１４…レンズ群（第３集光部）
１４ａ…レンズ
１４ｂ…レンズ
１５…レンズ群（第４集光部）
１５ａ…レンズ
１５ｂ…レンズ
２１…ＰＢＳ（第１光分岐素子；光分岐素子）
２２…反射器（第１反射素子）
２３…レンズ群（第２集光部）
２３ａ…レンズ（第２レンズ）
２３ｂ…レンズ
２３Ｘ…レンズ
２４…レンズ群（第１集光部）
２４ａ…レンズ（第１レンズ）
２４ｂ…レンズ
２５…λ／２板
２６…スキュー調整素子
３０…ＶＯＡキャリア
３１…可変光減衰器
３２…ＢＳ
３３…モニタ用ＰＤ
３５…偏波保持ファイバ
３６…単一モードファイバ
４０…ＭＭＩ（第１素子）
４１…局発光導入口（第３導入口）
４２…信号光導入口（第１導入口）
４３…集積回路
４４…設置部（第１設置部）
４４ａ…主面
４４ｂ，４４ｃ…側面
４５…設置部（第２設置部）
４５ａ，４５ｂ…設置部材
４６…回路基板
５０…ＭＭＩ（第２素子）
５１…局発光導入口（第４導入口）
５２…信号光導入口（第２導入口）
５３…集積回路
５６…回路基板
６１…フィードスルー
６５…信号出力端子
６６…端子
６７…端子
Ｄ１からＤ４…厚さ
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４１，Ｒ４２…半径
Ｌ_０…局発光
Ｌ_１…局発光（第１局発光）
Ｌ_２…局発光（第２局発光）
Ｎ_０…信号光
Ｎ_１…信号光（第２偏光成分；第２光成分）
Ｎ_２…信号光（第１偏光成分；第１光成分）

Claims (16)

1. それぞれの偏光方向が互いに直交する第１偏光成分及び第２偏光成分を含む信号光を、前記第１偏光成分と前記第２偏光成分とに分岐する第１光分岐素子と、
   第１導入口を有し、前記第１導入口から前記第１偏光成分を入力する第１素子と、
   第２導入口を有し、前記第２導入口から前記第２偏光成分を入力する第２素子と、
   前記第１光分岐素子と前記第１導入口との間に配置され、前記第１導入口に向けて前記第１偏光成分を集光する第１集光部と、
   前記第１光分岐素子と前記第２導入口との間に配置され、前記第２導入口に向けて前記第２偏光成分を集光する第２集光部と、を備え、
   前記第１光分岐素子から前記第１集光部までの前記第１偏光成分の光路長は、前記第１光分岐素子から前記第２集光部までの前記第２偏光成分の光路長よりも大きく、
   前記第２集光部の光軸方向の屈折率は、前記第１集光部の光軸方向の屈折率よりも大きい、光モジュール。
2. 前記第１素子及び前記第２素子は、光９０度ハイブリッド集積型の受光素子であって、
   前記第１素子は、第３導入口を有し、前記第３導入口から第１局発光を入力し、
   前記第２素子は、第４導入口を有し、前記第４導入口から第２局発光を入力し、
   前記光モジュールは、
   前記信号光を入力する信号光入力ポートと、
   局発光を入力する局発光入力ポートと、
   前記局発光を前記第１局発光と前記第２局発光とに分岐する第２光分岐素子と、
   前記第２光分岐素子と前記第３導入口との間に配置され、前記第３導入口に向けて前記第１局発光を集光する第３集光部と、
   前記第２光分岐素子と前記第４導入口との間に配置され、前記第４導入口に向けて前記第２局発光を集光する第４集光部と、をさらに備え、
   前記第２光分岐素子から前記第４集光部までの前記第２局発光の光路長は、前記第２光分岐素子から前記第３集光部までの前記第１局発光の光路長よりも大きく、
   前記第３集光部の光軸方向の屈折率は、前記第４集光部の光軸方向の屈折率よりも大きい、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記第２集光部の光軸方向の屈折率は、前記第１集光部の光軸方向の屈折率の１．２倍以上２．６倍以下である、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記第１集光部は、ガラス、水晶、フッ化カルシウム及びフッ化マグネシウムのいずれかからなる一又は複数の第１レンズからなり、
   前記第２集光部は、シリコン、セレン化亜鉛及びサファイアのいずれかからなる少なくとも一つの第２レンズを含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光モジュール。
5. 前記第１集光部及び前記第２集光部が設置された設置部をさらに備え、
   前記第１集光部は、第１線膨張係数を有する材料からなる一又は複数の第１レンズからなり、
   前記第２集光部は、前記第１線膨張係数とは異なる第２線膨張係数を有する材料からなる少なくとも一つの第２レンズを含み、
   前記設置部は、
   前記第１レンズが設置され、第３線膨張係数を有する材料からなる第１設置部と、
   前記第２レンズが設置され、前記第３線膨張係数とは異なる第４線膨張係数を有する材料からなる第２設置部と、を含み、
   前記第３線膨張係数と前記第１線膨張係数との差の絶対値は、前記第４線膨張係数と前記第１線膨張係数との差の絶対値よりも小さく、
   前記第４線膨張係数と前記第２線膨張係数との差の絶対値は、前記第３線膨張係数と前記第２線膨張係数との差の絶対値よりも小さい、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光モジュール。
6. 前記第１レンズが設置された設置部の材料はアルミナであり、
   前記第２レンズが設置された設置部の材料は窒化アルミニウムあるいはムライトである、請求項４に記載の光モジュール。
7. 前記第２集光部の前記光軸方向の厚みは、前記第１集光部の前記光軸方向の厚みよりも大きい、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光モジュール。
8. 前記第１光分岐素子によって分岐された前記第１偏光成分を反射する第１反射素子をさらに備え、
   前記第１光分岐素子によって分岐された前記第１偏光成分は、前記第１反射素子を介して前記第１集光部に集光され、
   前記第２偏光成分は、直接、前記第１光分岐素子の出力側から前記第２集光部に集光される、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光モジュール。
9. 前記第１光分岐素子から前記第１導入口までの光学長は、前記第１光分岐素子から前記第２導入口までの光学長と実質的に同じである、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光モジュール。
10. 前記第４集光部の前記光軸方向の厚みは、前記第３集光部の前記光軸方向の厚みよりも大きい、請求項２に記載の光モジュール。
11. 前記第２光分岐素子によって分岐された前記第２局発光を反射する第２反射素子をさらに備え、
    前記第２光分岐素子によって分岐された前記第２局発光は、前記第２反射素子を介して前記第４集光部に集光され、
    前記第１局発光は、直接、前記第２光分岐素子の出力側から前記第３集光部に集光される、請求項２または請求項１０に記載の光モジュール。
12. 前記第２光分岐素子から前記第３導入口までの光学長は、前記第２光分岐素子から前記第４導入口までの光学長と実質的に同じである、請求項２、請求項１０または請求項１１に記載の光モジュール。
13. 信号光を、第１光成分と第２光成分とに分岐する光分岐素子と、
    前記第１光成分を第１導入口へ集光する第１集光部と、
    前記第２光成分を第２導入口へ集光する第２集光部と、を備え、
    前記光分岐素子から前記第１集光部までの前記第１光成分の光路長は、前記光分岐素子から前記第２集光部までの前記第２光成分の光路長よりも大きく、
    前記第２集光部の光軸方向の屈折率は、前記第１集光部の光軸方向の屈折率よりも大きい、光モジュール。
14. 前記第２集光部の前記光軸方向の厚みは、前記第１集光部の前記光軸方向の厚みよりも大きい、請求項１３に記載の光モジュール。
15. 前記光分岐素子によって分岐された前記第１光成分を反射する反射素子をさらに備え、
    前記光分岐素子によって分岐された前記第１光成分は、前記反射素子を介して前記第１集光部に集光され、
    前記第２光成分は、直接、前記光分岐素子の出力側から前記第２集光部に集光される、請求項１３または請求項１４に記載の光モジュール。
16. 前記光分岐素子から前記第１導入口までの光学長は、前記光分岐素子から前記第２導入口までの光学長と実質的に同じである、請求項１３から請求項１５のいずれか一項に記載の光モジュール。

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