JPH03230129A - 偏波ダイバーシティ受信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明ＧＥＬ、コヒーレント光通部１９に用いられる偏
波タイバージライ受信器に関するものである。

（従来の技術） 従来、このＪ、゛）な分野の技ｊホｉとしては、インチ
グレイティト　アン１〜　カイデイツｉ〜・ウエーブオ
プ−ｒ　イックス（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ａｎｄ　Ｇ
ｕｉｄｅｄ−ＩＪａｖｅＯＰＴＴＣ３）　、４　（１９
８９）　　７トエス・エ　テクニカル　タ゛イシエス１
〜　シリーズ（丁ｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ　５ｅ
ｒｉｅｓ　）　、　Ｐ、　　１８６−１８９に記載され
るものかあった。以下、その構成を図を用いて説明する
。

第２図は、従来のバランス型受信器の一構成例を示り平
面図である。

このバランス型受信器では、化合物半導体基板１上に入
力用の光導波路２，３か形成され、さらにその先導波路
２，３には、合波用の３ｄＢカプラ４を介して、フォト
ダイオードからなる受光素子５，６がそれぞれ接続され
ている。

この種の受信器では、例えば入力信号光が先導波路２に
、局部発振用のレーザ光か光導波路３にそれぞれ入力さ
れると、その入力信号光とシー＋−１光とか３ｄＢカプ
ラ４で合波され、その差周波成分（中間周波成分〉に応
じた光か受光素子５．６にそれぞれ受光されて宙気侶号
に変換される。この受信器では、微弱な入力信号光をヘ
テロタイン検波方式で検波しているので、局部発振用レ
ーザ光の雑音の影響を軽減し、広ｉ　１！！１４１ｊ性
か１９やすい等の利点をｈしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の受信器では、先導波路３に入
力されるレーリ゛光の偏光方向か一定す向であるため、
特定の偏光の入力信号光に対してのみ３ｄＢカプラ４て
の適正４１合波か可能となる。

そのため、先導波路２に接続される入力信号光伝送用の
光フッ・イハーの屈曲等により、入力信号光の偏光方向
か変わると、精度の良いｌ＼テＬ１タイン検波か行なえ
ないという問題かあった。さらに、局部発振用の半導体
レーゾを光導波路３側にタトイ・１けしなければならず
、その接続箇所において光軸）のりれ’４’　ｌＪ、に
つて結合損失か人ぎくなると共に、小型軽量化か困難で
あるという問題もあった。

本発明は１１ｈ記従来技術か持っていた課題として、ネ
オ５定の偏光のパノノ仏号光に対しては検波できないと
いう点と、局部発振用の半導体レーザとの結合損失か大
きくなると共に小型軽量化か困難であるという点につい
て解決した偏波ダイバーシティ受１ハ器を提供するもの
である。

（課題を解決づるための手段） 本発明は１１ｆ１記課題を解決するために、レーザ光を
出力する局部発振用半導体レーデと、前記半導体レー１
ｆの出力光を円偏光に変換する偏波変換器と、入力信号
光を前記偏波変換器の出力光と合波した後に偏波分離（
または、入力信号光を偏波力Ｈした後に前記偏波変換器
の出力光と合波）する合波用結合器及び偏波分離素子と
を、少なくとも備え、基板の所定の結晶軸方向を光の伝
ｌｆＮ　ｈ向とした光回路を、前記基板上に形成したも
のである。

１）力記光回路は、例えば前記基板の結晶軸［００１］
面上に、結晶軸［１１０］と直交する方向を光の伝搬方
向としている。

（作　用） 本発明によれば、以上のように偏波ダイバーシティ受信
器を構成したので、局部発振用の半導体レーザからレー
ザ光が出力されると、そのレーザ光は偏波変換器で円偏
光に変換される。この円偏光は、合波用結合器で入力信
号光と合波された後に、偏波分前素子て偏波分離される
。あるいは偏波分離素子によって入力信号光が偏波力ｉ
ｔされた後、合波用結合器によって偏波変換器の出力光
と合波される。このように局部発振用のレーザ光を円偏
光に変換した後、入力信号光、おるいは入力信号光が偏
波分離された光と、合波されるので、不特定の偏光の入
力信号光に対して精度の良い合波が行なえ、それによっ
て的確なヘテロダイン検波が可能となる。しかも、局部
発振用の半導体レーザは、他の光回路素子と共に基板上
に形成されるので、半導体レーザ箇所で生じる結合損失
を大幅に減少しうると共に小型軽量化も図れる。

また、光回路を、基板の結晶ｌ１１１１Ｉ［００１］面
上に結晶軸：１１０１と直交する方向を光の伝搬方向と
して構成した場合、半導体レーザ及び受光素子は、基板
の結晶軸［００１］面十に、エピタキシャル成長等によ
って簡単かつ精度良く形成することか可能となる。

従って、前記課題を解決できるのである。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を示す偏波ダイバージデ
イ受信器の平面図、第３図は第１図のＡＡ線断面拡大図
、及び第４図は第１図のＢ−Ｂ線断面拡大図である。

第１図に示すように、この偏波ダイバーシティ受信器は
、例えばＩｎＰ系の化合物半導体基板１０を有し、その
化合物半導体基板１０の結晶軸［００１］面、七に、結
晶軸［１１０］と直交する方向を光の伝搬方向とした光
回路か形成されている。

この光回路は、入力側に、入力信号光を入力するための
例えばリッジ形の光導波路１１と、レーザグイオードか
らなる局部発娠用の半導体レー量ア１２とか設けられ、
その半導体レーｊｆ１２の出力側に、例えばリッジ形の
光導波路１３を介して円偏光変換用の偏波変換器１４か
接続されている。

光導波路１１及び偏波変換器１４には、合波用結合器と
して例えば３ｄＢカプラ１５か接続され、ざらにその３
ｄＢカプラ１５に、２１周の偏）皮分聞１索子１６ａ、
１６ｂを介して、１９１ｊえはフッ１ｉ〜グイオードか
らなる４個の受光索子１７ａ、１７ｂ。

１７ｃ、１７ｄか接続されている。ここで、受光索子１
７ａおよび１７ｄ【こより、基板面に重直な偏光のバラ
ンス型受信器か構成され、さらに受光素子１７ｂ及び１
７Ｇにより、水平な方向のバランス型受信器か構成され
ている。先導波路１１には、入力信号光を入力するため
の光ファイバー１８が結合される。

偏波変換器１４は、第３図に示すような構ＪＢをしてい
る。即ち、化合物半導体基板１０上には、エピタキシャ
ル成長等によってカイト層２０及びクラッド層２１が形
成され、そのクラット層２１には、エツチング等によっ
てリッジ部２２が形成され、ぞのリッジ部２２の五か光
導波路となっている。リッジ部２２の両側には、アース
用の電極２３ａ及び電圧Ｖｃ印加用の電１．Ｉｌｊ　２
３　Ｇが形成され、さらにそのリッジ部２２十に、電圧
ｖｂ印加用の電（４ｊ　２３　ｂか形成されると共に、
化合物半導体１．を仮１０の底面に、−７／−ス用の電
（へ２３　ｄか形成されている。

１偏波分地素子１６ａ、１６ｂは、第４図に示づＪ、う
な構造となっている。即ら、化合物半導体基板１０上に
は、エピタキシャル成長等によってガイ１へ層２０及び
９９７１〜層２１か形成されている。

クララ１へ層２１上には、エツチング等によって近接し
た２本のリッジ部３２ａ、３２ｂか形成され、ぞのリッ
ジ部３２ａ、３２ｂの下か光導波路となり、それにより
方向性結合器か構成されている。

一方のリッジ部３２ｂ上には、電圧Ｖ印加用の電極３３
ａか形成され、他方のリッジ部３２ａ上には、アース用
の電極３３Ｇか形成されている。ざらに化合物半導体基
板１０の底面には、アース用の電極３３ｂも形成されて
いる。このような偏波分離索子１６ａ、１６ｂの長さは
、基板面に垂直な偏光に対してクロス状態となるような
結合長に一致した長さとなっている。

以上のように構成される偏波タイバーシティ受信器の動
作を説明する。

先ず、半導体レーザ１２の出力光か先導波路１３を介し
て偏波変換器１４に与えられると共に、光ファイバー１
８を通して入力信号光が先導波路１１に入力される。こ
こで、半導体レーザ１２の出力光は、化合物半導体基板
１０の水平方向に偏光している。一方、入力信号光の偏
光はランダムである。

偏波変換器１４では、半導体レーザ１２の出力光を円偏
光に変換し、その円偏光を３ｄＢカプラ１５に与える。

即ち、第３図の電）ｊｆｆ　２３　Ｃと２３ａとの間に
電圧ＶＣ（例えば、数十ホルト）を印加すると、基板面
に水平な結晶軸［１１０１方向の電場が生じる。これに
より、リッジ部２２下に形成された光導波路の屈折率楕
円体が、基板面に対して４５°（頃く。半導体レーリ“
１２から出力されに基板面に水平な光（ユ、この偏波変
換器１４にａ３いて、屈折率楕円体の長軸と短軸に分配
され、それぞれの屈折率に応じた位相外を生じる。この
位相差を電圧＼／Ｃの調整てπ／２にすると、偏波変換
器１４からの出力光か円偏光となり、それか３ｄ１３カ
プラ］５に与えられる。ここで、市（粗２３ｂに印加り
る電圧Ｖｂ（例えば、数十ホル１へ）は、基板面に垂直
な［００１］方向に電界を生じさせ、導波路分散を打消
し、屈折率楕円体の軸を正確に、基板面に対して４５°
とＪるためのものである。

偏波変換器１４からの円偏光は、３ｄＢカプラ１５１こ
よって２等分され、導波路１１からの入力信号光と合成
された後、その合成された光が偏波分前素子１６ａ、１
６ｂにより、基板面に水平方向の光と垂直方向の光に分
離されて受光素子１７ａ〜１７ｄへ送られる。

即ち、第４図に示す偏波分離素子１６ａ、１６ｂＣごお
いて、電極３３ａに電圧Ｖ（例えば、数十ボルト）を印
加すると、結晶軸［Ｏ○１３ｈ向に電界か生じ、その結
果、水平な偏光に対してのみ屈折率が変化する。そこで
、水平な光に対して（ユ、バー状態となるように印加電
圧＼／を調整ずれば、基板面に対して水平方向１こ偏波
した光か受光索子１７ｂ、１７Ｃ７＼導かれ、また基板
面に垂直ツノ向に偏波した光か受光索子１７ａ、１７ｄ
へ導かれる。ここて、受光索子１７ｂ及び１７ｃにより
、水平な偏光のバランス型受信器を構成し、受光素子１
７ａ及び１７ｄにより、基、板面に垂直な偏光のバラン
ス型受信器を構成している。そのため、受光索子１７ｂ
及び１７ｃては、水平方向に偏光した光を検波してそれ
を電気信号に変換すると共に、受光索子１７ａ及び１７
ｄては、基板面に垂直方向に偏光している光を検波して
電気信号に変換する。これらの異なる偏光の信号の合成
は、受光素子１７ａ〜１７ｄで電気的に行なわれ、それ
によって水平方向に（−光した光と垂直方向に偏光した
光との高精度なヘテロタイン検波が可能となる。

この第１の実施例では、次のような利点を有している。

（ａ）　　局部発振用半導体レーザ１２の出力光を１１
１ｉＩｉ波変換器１７！ｌで円偏光に変換した後に入力
信号光と合波する構成であるため、光ファイパー１８の
屈曲等によって入力信号光か不特定に偏光し−でも、３
　ｄ　Ｂカプラ１５によって円偏光との的確な合波か行
なえ、それによって精度の良いヘテロゲイン検波か行な
える。

（ｂ）　　半導体レーザ１２を化合物半導体基板１０十
に集積化しているので、従来のように半導体レーザを外
付けする必要がなく、内蔵された半導体レーク“１２と
光導波路１３との結合損失を極めＣ小さくりることか可
能になると共に、大幅な小型軽重化か図れる。

（Ｃ）ｌＩｉｉｉｉ波ダイバーシティ受侶器を構成する
光回路は、化合物半導体基板１０の結晶軸［１１０］と
直交する方向を光の伝Ｗ！、７ｊ向とした構成であるた
め、大きな電気光学効果（導波路の屈折率が印加電界に
応じて変化覆る効果）が得られ、それによって偏波変換
器１４及び偏波分離素子１６ａ。

１６ｂを低い電圧で的確に動作させることが可能となる
。しかも、化合物半導体基板１０の結晶軸［００１］面
上に光回路か形成されているため、エピタキシャル成長
等によって半導体レー’ｆ１２及び受光素子１７ａ〜１
７ｄを簡単かつ精度良く形成することかできる。

第５図及び第６図は、本発明の第２の実施例の偏波ダイ
バーシティ受信器を示すもので、第１の実施例と共通の
要素には共通の符号が付されている。

第５図は第３図に対応する第１図のＡ−Ａ線断面拡大図
、及び第６図は第４図に対応する第１図のＢ−Ｂ線断面
拡大図である。

この偏波ダイバーシティ受信器では、第５図に示すよう
に、絶縁性の基板１０Ａを用い、電極２３ａ、２３ｃの
下の基板１０Ａ中に、例えば、導電性のｎ＋層４０、及
びｐ＋層４１がそれぞれ形成されている。このような構
造では、ツツジ部２２の下の光導波路に対し、［１１０
１方向に有効に電界を印加てきる。

この場合、偏波分離索子１６ａ、１６ｂ箇所は、第６図
に示すように、例えば、カイト層２０下にｎ＋層４２を
形成し、ざらにクシッ１〜層２１上にアース用電極３３
ｄを設け、その電極３３ｄ下にｎ”層４３を形成すると
良い。

第７図は、本発明の第３の実施例を示す偏波ダイバーシ
ティ受信器の平面図であり、第１図中の要素と共通の要
素には共通の符号が付されている。

この偏波クイバーシティ受信器では、それを構成する光
回路が、局部発振用半導体レーザ１２、偏波変換器１４
．３ｄＢカプラ１５、及び偏波分離素子１６て構成され
ている。さらに第１図の３ｄＢカプラ１５と偏波分離素
子１６ａ、１６ｂとの位置か入換わり、光導波路１］に
偏波分離素子１６を接続し、その偏波分離素子１６及び
偏波変換器１４の出力側に、３ｄＢカプラ１５を接続し
た構成となっている。３ｄＢカプラ１５の出力側には、
出力用光ファイバー５０ａ、５０ｂか接合される。

この受信器Ｃは、光フッ・イハー１８からの入力信号光
か先導波路１１を介して一波分離素子１６に入力される
。偏波分離素子１６により、粘板面に水平方向の光と垂
直方向の光１（１＞　’ｍｌされた後、偏波変換器１４
からの円偏光か３ｄ［３カプラ１５で合波される。この
３ｄＢカプラ１５で合波された光は、出力用光ファイバ
ー５０　ａ　、　５０　ｂｉ＼出力され、その出力用光
ファイバー５Ｃ，）ａ、５Ｑｂに接続された図示しない
受光素子Ｃ電気部局に変換され、ｌ＼テロゲイン検波か
１７なわれる。このような構成にしＣも、第１図の実施
例とほぼ同様の１７１川、効果かｅ７られる。

なお、本発明（、Ｌ図示の実施例に限定されづ、例えは
分岐片ｊ）１合器を３ｄＢカプラ以外の光回路素子で構
成したり、第１図の受光素子１７ａ〜１７ｄを外付【月
こしｌＪす、あるいは第７図にＪ）いＵ３ｄ３カー／う
１５の出力側に接続される受光素子を化合物半導体塞板
１０十に形成する等、種々の変形か可能である。

（発明の効果） 以上ｊ＋Ｙ細に説明したＪ、うに、本発明によれば、−
波クイハーシｊイ受１菖器を構成する光回路を、基板の
所定の結晶！Ｉ！ＩＩＩ　／’Ｊ向を光の伝１１０方向
としてその基板上に形成したので、基板の結晶軸方向と
光の伝搬方向とを適切な方向に設定覆ることにより、人
さ４１電気光学効宋かｊｑられ、低い印加電圧で的Ｕ（
ｔに尤の一波を行４丁える。しかも、局部発振用半導体
レーザの出力光を偏波変換器で円偏光に変換した後、そ
の円偏光と入力信シ）光を結合器で合波す゛る、あるい
は入力信号光を偏波分離索子て偏波分ｔｄｌＬ、た後に
結合器Ｃ円偏光と合波づる構成にしたの（、不′４２１
定な偏光の入力信号光に対して精度の良いｌ＼デ［１ダ
イン検波か可能となる。即ｔ５、へ力仁＞４光の偏光依
存・＋４のない高精度なヘゲ１１ダイン検波か可能とな
る。ざらに、局部発振用の半導１本レーリーを基板上に
一体形成したの−Ｃ１その半導体レーリ゛と１幅波変換
器との接続箇所に＋３いて結合損失を極めで小さ゛くす
ることができると共ｔこ、従来のように半導体レーザを
外付けするものに比べて小型軒梁化の向上か図れる。

また、偏波ダイバーシティ受信器を構成覆る光回路は、
基板の結晶！’ｆｌｌ［ｏ０１＋而士に面結晶軸［１１
０］と直交する方向を光の伝１ｆｔＱ方向とした構成に
することにより、より大きな電気光学効果か１ｑられる
ばかりか、半導体レーザ等か簡単かつ精度良く形成する
ことか可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本弁明の第１の実施例を示す偏波ダイバーシー
Ｉ−イ受ｔｉｌ器の平面図、第２図はｉ、Ｌ来のバラン
ス型費イス器の平面図、第３図は第１図のＡ−Ａ線断面
拡大図、第４図は第１図のＢ−Ｂ線断面拡大図、第５〕
図１３裏本発明の第２の実ｈｈ例を示すしので第３図に
対応した断面拡大図、第６図は本発明の第２の実施例を
示すもので第４図に対応した断面拡大図、第７図は本発
明の第３の実ＩＭ例を承り１−波タイバーシディ受信器
の平面図である。 １０．１０△・・・・・・基板、１１．１３・・・・・
・先導波路、１２・・・・・・半導体レーザ、１４・・
・・・・偏波変換器、１５・−・・−３ｄＢカプラ、１
６．１６ａ、１６ｂ−・・・・・偏波分離索子、１７ａ
〜１７ｄ・・・・・・受光素子。 第１ 図 鶴２図 １４：偏波変換器 １６ａ、　１６ｂ　’　８波分離素子 第４図 １０Ａ二暴枚 竿７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光を出力する局部発振用半導体レーザと、前
   記半導体レーザの出力光を円偏光に変換する偏波変換器
   と、入力信号光を前記偏波変換器の出力光と合波した後
   に偏波分離するまたは入力信号光を偏波分離した後に前
   記偏波変換器の出力光と合波する合波用結合器及び偏波
   分離素子とを、少なくとも備え、基板の所定の結晶軸方
   向を光の伝搬方向とした光回路を、 前記基板上に形成したことを特徴とする偏波ダイバーシ
   ティ受信器。 ２、請求項１記載の偏波ダイバーシティ受信器において
   、 前記光回路は、前記基板の結晶軸［００１］面上に、結
   晶軸［１１０］と直交する方向を光の伝搬方向とした偏
   波ダイバーシティ受信器。