JP2014187506A

JP2014187506A - 光受信器及びその製造方法

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Publication number: JP2014187506A
Application number: JP2013060300A
Authority: JP
Inventors: Masaru Takechi; 勝武智
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2014-10-02
Also published as: US20140286651A1; CN104062720B; US9419723B2; CN104062720A

Abstract

【課題】光損失の低減及び小型化が可能な光受信器の提供。
【解決手段】信号光を２つの光軸に分離する分離素子１２と、分離された２つの光軸それぞれと結合される光ハイブリッド１６と、光軸上に配置され、分離素子１２と光ハイブリッドの間１６の２つの光軸の光路長差を調整するためのスキュー調整素子３０と、キャリア５０と、スキュー調整素子３０とキャリアとの間に充填された接着剤５２と、スキュー調整素子３０とキャリア５０が対向する面内において、スキュー調整素子３０の光軸方向の端部に位置し、接着剤５２が充填されない空隙５４と、を備えることを特徴とするコヒーレント光通信用の光受信器１００。
【選択図】図２

Description

本発明は、コヒーレント光通信に用いられる光受信器及びその製造方法に関する。

高速かつ大容量の光通信システムとして、コヒーレント光通信システムが知られている。コヒーレント光通信システムの光受信器では、分離素子により信号光を互いに直交するＸ偏光とＹ偏光に分離した後、光ハイブリッドにおいて信号光と局部発振光(ＬＯ光:Local Oscillator light)の干渉を行い、その後に受光素子により光信号から電気信号への変換を行う。

特許文献１には、コヒーレント光受信器が開示されている。

特開２０１１−１８８１３２号公報

コヒーレント光受信器では、偏光分離素子により分離した光が光ハイブリッドに到達するまでの光路長が異なることにより、光信号の位相遅延（スキュー）が生じる。スキュー調整用の素子は、光受信器のパッケージ内に内蔵されるため、その大きさはなるべく小さい方が好ましい。一方で、スキュー調整素子の材料選択によっては、スキュー調整素子を通過する際の光損失が増大してしまう場合がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、スキュー調整素子における光損失を低減しつつ、小型化が可能な光受信器を提供することを目的とする。

本発明は、信号光を２つの光軸に分離する分離素子と、前記分離された２つの光軸それぞれと結合される光ハイブリッドと、前記光軸上に配置され、前記分離素子と前記光ハイブリッドの間の前記２つの光軸の光路長差を調整するためのスキュー調整素子と、キャリアと、前記スキュー調整素子と前記キャリアとの間に充填された接着剤と、前記スキュー調整素子と前記キャリアが対向する面内において、前記スキュー調整素子の光軸方向の端部に位置し、前記接着剤が充填されない空隙と、を備えることを特徴とするコヒーレント光通信用の光受信器である。

上記構成において、前記スキュー調整素子は、前記キャリアと熱膨張係数が異なる構成とすることができる。

上記構成において、前記スキュー調整素子は、シリコンからなる構成とすることができる。

上記構成において、前記接着剤は、前記キャリアにおける前記スキュー調整素子の光軸方向の長さのうち、７５％以上９５％以下の領域に充填されている構成とすることができる。

上記構成において、前記キャリアにおける前記スキュー調整素子と対向する表面には、前記スキュー調整素子の前記端部に対応する位置に前記スキュー調整素子と接着される面よりも低い第１凹部が形成されている構成とすることができる。

上記構成において、前記第１凹部は、前記スキュー調整素子の光軸方向における、前記接着剤の片側または両側に設けられている構成とすることができる。

上記構成において、前記スキュー調整素子における前記キャリアと対向する表面には、前記スキュー調整素子の前記端部に前記キャリアと接着される面よりも高い第２凹部が形成されている構成とすることができる。

上記構成において、前記第２凹部は、前記スキュー調整素子の光軸方向における、前記接着剤の片側または両側に設けられている構成とすることができる。

上記構成において、前記分離素子は、前記スキュー調整素子と熱膨張係数が異なり、前記キャリア上に前記接着剤を介して全面に接着されている構成とすることができる。

上記構成において、前記分離された２つの光軸のうち、一方の光軸に配置されてなる反射部を備える構成とすることができる。

本発明は、信号光を縦偏光と横偏光に分離する分離素子と、前記分離素子の後段に設けられ、前記縦偏光及び前記横偏光を分光及び結合する光ハイブリッドと、前記分離素子及び前記光ハイブリッドの間に設けられ、前記縦偏光及び前記横偏光の光路長の差による位相遅延を調整するスキュー調整素子と、前記スキュー調整素子を搭載し、前記スキュー調整素子と熱膨張係数が異なるキャリアと、を備え、前記スキュー調整素子は、前記キャリア上に第１接着剤を介して搭載され、前記スキュー調整素子における前記キャリアと対向する表面と反対側の表面には、第２接着剤を介して、前記スキュー調整素子より熱膨張係数が異なる板状体が搭載されていることを特徴とする光受信器である。

前記スキュー調整素子は、前記キャリア上に第１接着剤を介して全面に接着されてなる構成とすることができる。

本発明は、信号光を縦偏光と横偏光に分離する分離素子と、前記分離素子の後段に設けられ、前記縦偏光及び前記横偏光を分光及び結合する光ハイブリッドと、前記分離素子及び前記光ハイブリッドの間に設けられ、前記縦偏光及び前記横偏光の光路長の差による位相遅延を調整するスキュー調整素子と、前記スキュー調整素子を搭載するキャリアと、前記光ハイブリッドの前段までの光路上に設けられたレンズと、を備えるコヒーレント光通信用の光受信器の製造方法において、前記キャリア上に、接着剤を介して前記スキュー調整素子を固定する第１工程と、前記キャリア上に前記レンズを固定する第２工程と、を有し、前記第１工程は、前記スキュー調整素子及び前記キャリアにおける互いに対向する面同士の間に、前記スキュー調整素子の光軸方向に沿って、前記接着剤が充填されていない空隙が形成されるようにすることを特徴とする光受信器の製造方法である。

本発明は、信号光を縦偏光と横偏光に分離する分離素子と、前記分離素子の後段に設けられ、前記縦偏光及び前記横偏光を分光及び結合する光ハイブリッドと、前記分離素子及び前記光ハイブリッドの間に設けられ、前記縦偏光及び前記横偏光の光路長の差による位相遅延を調整するスキュー調整素子と、前記スキュー調整素子を搭載し、前記スキュー調整素子と熱膨張係数が異なるキャリアと、前記光ハイブリッドの前段までの光路上に設けられたレンズと、を備えるコヒーレント光通信用の光受信器の製造方法において、前記キャリア上に、第１接着剤を介して前記スキュー調整素子を固定する第１工程と、前記スキュー調整素子における前記キャリアと対向する表面と反対側の表面に、第２接着剤を介して、前記スキュー調整素子と熱膨張係数が異なる板状体を搭載する第２工程と、前記キャリア上に前記レンズを固定する第３工程と、を有することを特徴とする光受信器の製造方法である。

本発明によれば、スキュー調整素子における光損失を低減しつつ、光受信器を小型化することができる。

実施例１及び比較例に係る光受信器の全体ブロック図である。実施例１及び比較例に係る光受信器の実装形態を示す図である。第１比較例に係る光受信器の詳細な構成を示す図である。第２比較例に係る光受信器の詳細な構成を示す図である。比較例に係る光受信器のシミュレーション結果を示すグラフである。実施例１に係る光受信器の詳細な構成を示す図である。実施例１に係る光受信器のシミュレーション結果を示すグラフである。実施例１に係る光受信器の製造方法を示すフローチャートである。実施例２に係る光受信器の詳細な構成を示す図である。実施例１に係る光受信器の製造方法を示すフローチャートである。実施例２の変形例に係る光受信器の詳細な構成を示す図である。実施例３に係る光受信器の詳細な構成を示す図である。実施例３に係る光受信器の製造方法を示すフローチャートである。

最初に、実施例１〜３及び比較例に共通の光受信器の全体構成について説明し、次に比較例に係る光受信器について説明を行った後、実施例１〜３に係る光受信器についての説明を行う。

図１は、実施例１及び比較例に係る光受信器の全体ブロック図である。光受信器１００は、コヒーレント光通信に用いられる光受信器である。光受信器１００は、光信号を処理する光信号処理部１０と、光信号処理部１０の後段に接続され、電気信号を処理する電気信号処理部４０を備える。

光信号処理部１０は、分離素子１２（ＰＢＳ：Polarization
Beam Splitter）、ビームスプリッタ１４（ＢＳ：Beam Splitter）、光ハイブリッド１６、受光素子１８、増幅器２０、及び偏光回転素子２２を含む。光信号処理部１０は、この他にスキュー調整素子、レンズ、ミラー等（それぞれ図２に図示）を含むが、図１ではその記載を省略している。電気信号処理部４０は、アナログ−デジタル変換回路４２（ＡＤＣ：Analog
Digital Converter）と、デジタル信号処理回路４４（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）とを含む。

分離素子１２は、シングルモードの光ファイバ（ＳＭＦ：Single Mode Fiber）で導入される信号光（ＳＩＧＮＡＬ）を、互いに直行するＸ偏光とＹ偏光に分離する。Ｘ偏光の光はＸ側光ハイブリッド１６ｘに入射され、Ｙ側の光は、偏光回転素子２２により偏光面が９０°回転されてＸ偏光となった後、Ｙ側光ハイブリッド１６ｙに入射される。Ｘ偏光としては例えばＴＭ光、Ｙ偏光としては例えばＴＥ光を用いることができるが、Ｘ偏光をＴＥ光、Ｙ偏光をＴＭ光としてもよい。

ビームスプリッタ１４は、外部の局部発振光源器１３から偏波保持ファイバ（ＰＭＦ：Polarization Maintaining Fiber）で導入される局部発振光（ＬＯ光）を、Ｘ側とＹ側に分離する。局部発振光（ＬＯ光）は、予めＸ偏光に設定されており、Ｘ側光ハイブリッド１６ｘ及びＹ側光ハイブリッド１６ｙに入射される。

光ハイブリッド（１６ｘ、１６ｙ）は、それぞれ入射された信号光及び局部発振光を、内部の光回路において分光・合成・遅延し、干渉光を４つのポートから出力する。光ハイブリッド１６は、例えば石英系平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）により構成することができる。Ｘ偏光の信号光（ＳＩＧＮＡＬ）は、光ハイブリッド１６ｘにて局部発振光（ＬＯ）と合成された後に、それぞれ同相成分Ｉ（In‐Phase）及び直交位相成分Ｑ（Quadrature）の正成分（ｐ）及び負成分（ｎ）に分離され、４つの光信号（Ｘ−Ｉｐ、Ｘ−Ｉｎ、Ｘ−Ｑｐ、Ｘ−Ｑｎ）として出力される。同様に、Ｙ偏光の信号光も、光ハイブリッド１６ｙにて局部発振光（ＬＯ光）と合成された後に、それぞれ同相成分（Ｉ）及び直交位相成分（Ｑ）の正成分（ｐ）及び負成分（ｎ）に分離され、４つの光信号（Ｙ−Ｉｐ、Ｙ−Ｉｎ、Ｙ−Ｑｐ、Ｙ−Ｑｎ）として出力される。

受光素子１８は、光ハイブリッド（１６ｘ、１６ｙ）から出力された干渉光を光電変換し、アナログの電気信号とする。受光素子１８は、例えばフォトダイオード（ＰＤ：Photodiode）を含む。増幅器２０は、受光素子１８から出力された対となる電気信号の正成分と負成分を合成し、増幅する。増幅器２０は、例えばトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：Transimpedance
Amplifier）を含む。増幅された電気信号は、光信号処理部１０の電気出力端子から出力され、電気信号処理部４０へと入力される。

アナログ−デジタル変換回路４２は、光信号処理部１０から出力されたアナログの電気信号を、アナログ−デジタル変換によりデジタル信号へと変換する。デジタル信号処理回路４４は、変換されたデジタル信号に対し、信号の復調をはじめとする各種の信号処理を行う。以上の処理により、デジタル式のコヒーレント通信を行うことができる。

図２は、実施例１及び比較例に係る光受信器の具体的な実装形態を示す図である。図２では、光信号処理部１０の内部構造のみを示し、電気信号処理部４０については表示を省略している。また、図１と共通する構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図２に示すように、光信号処理部１０の筐体２４に設けられたコネクタ２５には、信号光（ＳＩＧＮＡＬ）を導入するためのシングルモード光ファイバ２６と、局部発振光（ＬＯ光）を導入するための偏波保持光ファイバ２８が接続されている。また、筐体２４内には、図１で説明した構成の他に、ミラー３２、レンズ３４、及びスキュー調整素子３０、が配置されている。

ミラー３２ｘおよび３２ｙは、分離素子１２及びビームスプリッタ１４の後段にそれぞれ配置され、光の進行方向を９０°変更して光ハイブリッド１６の方向へ誘導する。レンズ３４は、光ハイブリッド１６の前段に配置され、ミラー３２ｘ、３２ｙ及びスキュー調整素子３０ｘ、３０ｙを経た光を集光し、光ハイブリッド１６ｘ、１６ｙ内へ導入する。スキュー調整素子３０ｘ、３０ｙは、筐体２４内に配置されており、スキュー調整素子３０ｘは分離素子１２とレンズ３４の間、スキュー調整素子３０ｙはビームスプリッタ１４とレンズ３４の間にそれぞれ配置されている。

ここで、分離素子１２で分離された信号光のうち、Ｘ偏光はそのまま直進してＸ側の光ハイブリッド１６ｘに導入されるのに対し、Ｙ偏光は一旦ミラー３２ｙで反射されてからＹ側の光ハイブリッド１６へと導入される。このため、Ｙ偏光は分離素子１２とミラー３２ｙとの間の距離Ｍ１の分だけ、伝送距離が長くなり、Ｘ偏光に比べて位相遅延が生じる。

また、ビームスプリッタ１４で分離された局部発振光（ＬＯ光）においても、Ｙ側の光はそのまま直進してＹ側の光ハイブリッド１６ｙに導入されるのに対し、Ｘ側の光は一旦ミラー３２ｘで反射されてからＸ側の光ハイブリッド１６ｘへと導入される。このため、Ｘ側の光はビームスプリッタ１４とミラー３２ｘとの間の距離Ｍ２の分だけ、伝送距離が長くなり、Ｙ側の光に比べて位相遅延が生じる。

例えば、上記のＭ１及びＭ２の距離を５ｍｍとした場合、遅延時間は１７ｐ秒となる。これは、ＯＩＦ（Optical Internetworking Forum）の仕様で定められたチャネルスキュー時間である１０ｐ秒を大幅に上回る値であり、設計上無視することができない。また、上記のチャネルスキューは全ての光学系と電気系における遅延時間を合計したものであるから、Ｘ偏光とＹ偏光との間の遅延時間は本来５ｐ秒以下であることが好ましく、２ｐ秒以下であることが更に好ましい。

そこで、図２に示すように、分離素子１２とレンズ３４との間にスキュー調整素子３０ｘを配置する。スキュー調整素子３０ｘは、分離素子１２と光ハイブリッド１６（１６ｘ、１６ｙ）との間の２つの光軸の光路長差を調整するための素子である。スキュー調整素子３０ｘの光軸方向の長さをＬ、屈折率をＮとすると、スキュー調整素子３０ｘを通る際の光路長は、空気換算で（１−Ｎ）×Ｌだけ増加する。これにより、Ｍ１の光路長差における位相遅延を補償し、Ｘ偏光とＹ偏光との間の遅延時間を５ｐ秒以下または２ｐ秒以下に調整することが可能となる。

また、局部発振光（ＬＯ光）においても、ビームスプリッタ１４とレンズ３４との間にスキュー調整素子３０ｙを配置することで、信号光（ＳＩＧＮＡＬ）の場合と同様にＸ側とＹ側の光路長差を調整し、遅延時間を５ｐ秒以下または２ｐ秒以下とすることができる。

続いて、スキュー調整素子３０（３０ｘ、３０ｙ）の詳細な構成について説明する。
（比較例）

図３は、第１比較例に係る光受信器の詳細な構成を示す図であり、図３（ａ）はスキュー調整素子の断面模式図、図３（ｂ）は上面模式図をそれぞれ示す。図３（ａ）に示すように、スキュー調整素子３０は、キャリア５０上に搭載されている。スキュー調整素子３０とキャリア５０との間には接着剤５２が充填され、スキュー調整素子３０は接着剤５２によりキャリア５０に固定されている。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、接着剤５２はキャリア５０の表面のうち、スキュー調整素子３０と対向する面において、当該対向領域の全面に渡って形成されている。換言すれば、スキュー調整素子３０及びキャリア５０における互いに対向する面同士の間には、全ての領域に接着剤５２が充填されている。なお、第１比較例では、スキュー調整素子３０としてガラスを用い、接着剤５２として樹脂を用いている。

図４は、第２比較例に係る光受信器の詳細な構成を示す図であり、図４（ａ）は断面模式図、図４（ｂ）は上面模式図である。スキュー調整素子３０及びキャリア５０の基本的な構成は、図３に示したものと同様であるため詳細な説明を省略する。第２比較例では、スキュー調整素子３０としてシリコン（Ｓｉ）を用いている。シリコンはガラスに比べて屈折率が大きいため、同じ光路長差を補正する場合でも、スキュー調整素子３０の光軸方向の長さＬを小さくすることができる。

例えば、補正すべき光路長差を前掲の５．５ｍｍとした場合、スキュー調整素子長Ｌ１（図３）は屈折率２．０７のガラスで５．１ｍｍ、屈折率１．５０のガラスで１１ｍｍとなる。これに対し、屈折率３．４８のシリコンｘを用いた場合、スキュー調整素子長Ｌ２（図４）は２．２ｍｍとなる。このように、スキュー調整素子３０に屈折率の大きい材料を用いることにより、スキュー調整素子３０を小型化することができるため、光受信器１００のサイズも小型化することができる。なお、スキュー調整素子３０の材料にガラスを用いた場合には、屈折率は２程度が上限であるが、材料にシリコンを用いた場合には、上記のように３以上の屈折率を実現することが可能である。

ここで、温度の変化等によりキャリア５０が変形すると、その上に搭載されたスキュー調整素子３０が変形して光軸がずれ、光ファイバ（２６、２８）から光ハイブリッド１６に至るまでの光結合率が変化し、光結合損失が生じてしまう場合がある。具体的には、キャリア５０の熱膨張係数が、一般にスキュー調整素子３０の熱膨張係数よりも大きいため、スキュー調整素子３０が反り返ってしまう。そこで、上記の光損失についてシミュレーションを行った結果、後述の図５に示す知見が得られた。なお、シミュレーションは、以下の条件の下で行った。なお、キャリア５０の熱膨張係数が、スキュー調整素子３０の熱膨張係数よりも大きい例を示したが、キャリア５０の熱膨張係数が、スキュー調整素子３０の熱膨張係数と小さい例でも良い。本比較例では、キャリア５０とスキュー調整素子３０の熱膨張係数が異なることで、スキュー調整素子３０が反り返ってしまう。

キャリア５０の寸法は、光軸方向の長さ１９ｍｍ、幅９．８ｍｍ、高さ１．２５ｍｍとした。また、キャリア５０の材料には鉄ニッケルコバルト合金（ＦｅＮｉＣｏ）を用い、ヤング率は１５９［ＧＰａ］、ポアソン比は０．３、熱膨張係数は６．０×１０^−６［１／Ｋ］とした。

第１比較例におけるスキュー調整素子３０の寸法は、光軸方向の長さ５．１ｍｍ、幅１ｍｍ、高さ１ｍｍとした。また、スキュー調整素子３０の材料には屈折率ｎ＝２．０７のガラスを用い、ヤング率は７５．３［ＧＰａ］、ポアソン比は０．２４７、熱膨張係数は７．９×１０^−６［１／Ｋ］とした。

第２比較例におけるスキュー調整素子３０の寸法は、光軸方向の長さ２．２ｍｍ、幅１ｍｍ、高さ１ｍｍとした。また、スキュー調整素子３０の材料には屈折率ｎ＝３．４８のシリコン（Ｓｉ）を用い、ヤング率は１７０［ＧＰａ］、ポアソン比は０．３、熱膨張係数は２．４×１０^−６［１／Ｋ］とした。

以上の条件の下で、スキュー調整素子３０が内蔵される筐体２４の温度を２５℃から８５℃まで変化させ、スキュー調整素子３０の変形後の光線ズレ量及び光結合損失を計算した。なお、接着剤５２は厚み５０μｍのエポキシ系樹脂とした。

図５は、比較例に係る光受信器のシミュレーション結果を示すグラフである。図５（ａ）は、第２比較例において信号光側のスキュー調整素子３０が存在する経路（以下、「ＬＬ」とする）における光線ズレ量を示すグラフであり、横軸は光の進行方向（Ｚ方向）の座標［ｍｍ］を、縦軸は光軸に対し垂直方向（Ｙ方向）の光線ズレ量［ｍｍ］をそれぞれ示している。図５（ａ）中に網掛け部分で示す領域は、スキュー調整素子３０が存在する領域である。また、図５（ｂ）は、第２比較例において局部発振光（ＬＯ光）側のスキュー調整素子３０が存在しない経路（以下、「ＬＲ」とする）における光線ズレ量を示すグラフであり、横軸は光の進行方向（Ｚ方向）の座標［ｍｍ］を、縦軸は光軸に対し垂直方向（Ｙ方向）の光線ズレ量［ｍｍ］をそれぞれ示している。

図５（ａ）及び図５（ｂ）を比較すると、スキュー調整素子３０が存在しない経路（ＬＲ）では、光線ズレ量は光進行方向（Ｚ方向）に対し単調増加している。これに対し、スキュー調整素子３０が存在する経路（ＬＬ）では、スキュー調整素子３０の入り口まではＬＲと同様の光線ズレ量となるものの、スキュー調整素子３０の出口において、光線ズレ量の傾きが正から負へと急激に変化している。これは、スキュー調整素子３０の出口における光の射出角度が、下方向（キャリア５０側）に変化したためである。

図５（ｃ）は、上記２つの経路（ＬＬ、ＬＲ）に加え、信号光側のスキュー調整素子３０が存在しない経路（以下、「ＲＬ」とする）と、局部発振光側のスキュー調整素子３０が存在する経路（以下、「ＲＬ」とする）における、それぞれの光結合損失［ｄＢ］を示すグラフである。図５（ｃ）に示すように、スキュー調整素子３０にガラスを用いた場合（第１比較例）、光結合損失はどの経路においても−０．０１ｄＢ程度であり、大きな差はない。これに対し、スキュー調整素子３０にシリコンを用いた場合（第２比較例）、スキュー調整素子３０が存在しない経路（ＬＲ，ＲＬ）の光結合損失はガラスの場合と同様であるが、シリコンのスキュー調整素子３０が存在する経路（ＬＬ、ＲＲ）の光損失は、−０．３４ｄＢと非常に大きくなっている。

なお、上記の経路は、図２の各光学素子と以下のように対応する。
・ＬＬ：分離素子１２からスキュー調整素子３０ｘを経てＸ側の光ハイブリッド１６ｘに入射される経路
・ＬＲ：ビームスプリッタ１４からミラー３２ｘを経てＸ側の光ハイブリッド１６ｘに入射される経路
・ＲＬ：分離素子１２からミラー３２ｙを経てＹ側の光ハイブリッド１６ｙに入射される経路
・ＲＲ：ビームスプリッタ１４からスキュー調整素子３０ｙを経てＹ側の光ハイブリッド１６ｙに入射される経路

図５（ｄ）は、上記のシミュレーション結果をまとめた表であり、加えて左欄には光結合損失から計算した光減衰率［％］を示している。スキュー調整素子３０にシリコンを用いた場合（第２比較例）、光減衰率はスキュー調整素子３０が存在しない経路（ＬＲ，ＲＬ）においては−０．３％と小さいが、スキュー調整素子３０が存在する経路（ＬＬ、ＲＲ）においては−７．５％と大きい値となっている。

図６は、実施例１に係る光受信器の詳細な構成を示す図であり、図６（ａ）はスキュー調整素子の断面模式図、図６（ｂ）は上面模式図をそれぞれ示す。図６（ａ）に示すように、スキュー調整素子３０は、キャリア５０上に搭載されている。スキュー調整素子３０とキャリア５０との間には接着剤５２が充填され、スキュー調整素子３０は接着剤５２によりキャリア５０に固定されている。

実施例１では、スキュー調整素子３０にシリコン（Ｓｉ）を用いる。接着剤５２には、例えばエポキシ系樹脂を用いることができる。キャリア５０には、例えば比較例と同じ鉄ニッケルコバルト合金（ＦｅＮｉＣｏ）を用いることができる。また、キャリア５０の材料には、銅タングステン（ＣｕＷ）のうちＣｕ組成が１０％〜２０％のものを用いることができる。この場合、キャリア５０の熱膨張係数は、Ｃｕ組成が１０％のとき６．５×１０^−６、１５％のとき７．３×１０^−６、２０％のとき８．３×１０^−６となる。なお、キャリア５０にはスキュー調整素子３０より熱膨張係数が大きい材料であれば、上記以外の材料を用いてもよい。また、本実施例では、キャリア５０にはスキュー調整素子３０より熱膨張係数が大きい材料を示したが、キャリア５０にはスキュー調整素子３０より熱膨張係数が小さい材料を用いても良い。キャリア５０とスキュー調整素子３０の熱膨張係数が異なることで、スキュー調整素子３０が反り返ってしまうような課題が発生する。

実施例１に係る光受信器では、スキュー調整素子３０及びキャリア５０が互いに対向する面内において、スキュー調整素子３０の光軸方向の端部に、接着剤５２が充填されない空隙５４が形成されている。これにより、スキュー調整素子３０とキャリア５０の接着面積が小さくるため、キャリア５０との熱膨張係数差が大きいシリコンを用いた場合にも、温度変化時におけるスキュー調整素子３０の反り量を低減することができる。その結果、光線ズレ量の変化を抑制し、光結合損失を低減すると共に、装置の小型化を図ることが可能となる。

図７は、実施例１に係る光受信器のシミュレーション結果を示すグラフである。図７（ａ）は、接着剤５２として樹脂を用いた場合の、樹脂の厚みと光損失の関係を示すグラフであり、横軸は樹脂の厚みを、左側の縦軸は光軸の角度ズレ［θ］を、右側の縦軸は結合損失［ｄＢ］を、それぞれ示している。図７（ａ）では、樹脂のオフセット量［ｍｍ］（光軸方向において、樹脂が形成されていない領域（空隙５４）の長さ）を０として計算している。図７（ｂ）は、樹脂のオフセット量と光損失の関係を示すグラフであり、縦軸は図７（ａ）と同じであるが、横軸は樹脂のオフセット量［ｍｍ］を示している。図７（ｂ）では、樹脂の厚みを５０μｍとして計算している。

図７（ａ）に示すように、樹脂の厚みが大きくなればなるほど、結合損失及び角度ズレは０に近づく（小さくなる）が、その分コストの増加や装置の大型化を招いてしまう。反対に、樹脂の厚みが小さくなればなるほど、結合損失及び角度ズレは大きくなり、ある点を堺に変化の傾きも急になる。従って、樹脂の厚みは、結合損失の傾きが一定の値以下となるようにすることが好ましく、例えば５０μｍとすることが好ましい。

また、図７（ｂ）に示すように、オフセット量が大きくなればなるほど、結合損失及び角度ズレは０に近づく（小さくなる）。本実施例では、光軸方向の長さ２．２ｍｍのスキュー調整素子３０において、樹脂の厚みを５０μｍ、オフセットを０．５ｍｍとした場合に、光結合損失をほぼ０とすることができた。

スキュー調整素子３０の反り返りは、光軸方向に生じるため、空隙５４はスキュー調整素子３０の光軸方向に沿って形成されていることが好ましい。また、空隙５４は、図６（ａ）のように接着剤５２の両側に形成されていてもよいし、片側だけに形成されていてもよい。

また、空隙５４が大きくなりすぎると、接着剤の固定強度が低下するため、空隙５４の大きさは、十分な固定強度を確保できる最大の大きさであることが好ましい。具体的には、接着剤５２が、スキュー調整素子３０の光軸方向の長さのうち、７５％以上９５％以下の領域に形成されていることが好ましい。

なお、実施例１におけるスキュー調整素子３０ｘ、３０ｙ以外の光学素子（分離素子１２、ビームスプリッタ１４、光ハイブリッド１６ｘ、１６ｙ、ミラー３２ｘ、３２ｙ、レンズ３４）については、材料としてシリコンではなくガラスを用いているため、上記ような空隙５４を設ける必要がない。上記の光学素子は、スキュー調整素子３０と同一のキャリア５０上に形成してもよいし、別のキャリア上に形成してもよい。同一のキャリア５０上に形成する場合には、同一の接着剤５２を用いることで、製造工程を効率化することができる。

図８は、実施例１に係る光受信器の製造方法を示すフローチャートである。最初に、キャリア５０上に、接着剤５２を介してスキュー調整素子３０を搭載する（ステップＳ１０）。このとき、キャリア５０とスキュー調整素子３０との間に、接着剤５２が充填されていない空隙５４が形成されるようにする。また、スキュー調整素子３０の実装工程と並行して、他の光学素子のうち分離素子１２、ビームスプリッタ１４、光ハイブリッド１６ｘ、１６ｙ、及びミラー３２ｘ、３２ｙを、キャリア５０上に実装する。

次に、キャリア５０上に、レンズ３４を実装する（ステップＳ１２）。このとき、ダミーの光ファイバより光を入射しながら、受光素子１８における光強度の変化を観察し、受光量が最大となるようにレンズの位置及び角度を調整する。次に、シーム溶接等により筐体２４を機密封止する（ステップＳ１４）。その後、筐体２４のコネクタ２５に光ファイバ（２６、２８）を接続する（ステップＳ１６）。以上の工程により、実施例１に係る光受信器が完成する。

実施例１に係る光受信器の製造工程では、キャリア５０上にスキュー調整素子３０を搭載する工程（ステップＳ１０）において、接着剤５２の量を調節するなどして、キャリア５０との間に空隙５４を形成する。これにより、空隙５４の位置・大きさ等を任意に変更することができる。

実施例２は、キャリアまたはスキュー調整素子に、接着剤の充填量を調整するための凹部を設けた例である。

図９は、実施例２に係る光受信器の詳細な構成を示す図である。実施例１（図６）と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。実施例２では、キャリア５０の表面（スキュー調整素子３０側）に、スキュー調整素子３０との接着面より低い第１凹部５６が形成されている。第１凹部５６は、スキュー調整素子３０の光軸８０に対し交差する方向（例えば、垂直方向）に延在し、接着剤５２の余剰分を収容可能な構成となっている。また、第１凹部５６は、光軸８０の方向において、接着剤５２の前後（接着剤５２が充填されない端部）に形成されている。

図１０は、実施例２に係る光受信器の製造方法を示すフローチャートである。実施例１（図８）と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。最初に、スキュー調整素子３０の光軸８０に対し交差する方向に延在する第１凹部５６がスキュー調整素子３０側の面に形成されたキャリア５０を準備する（ステップＳ８）。次に、実施例１と同様にスキュー調整素子３０及びその他の光学素子の実装を行う（ステップＳ１０）。その後レンズ３４の実装を行う（ステップＳ１２）。

キャリア５０とスキュー調整素子３０との間における空隙５４の大きさ（オフセット量）は、キャリア５０上に塗布する接着剤５２の量で調整することができる。しかし、接着剤として半液体状の樹脂を用いた場合には、オフセット量の制御性が悪化してしまうという問題がある。そこで、実施例２のようにキャリア５０上に第１凹部５６を形成し、接着剤５２を第１凹部５６で挟まれた領域に塗布することで、余剰分の接着剤５２は第１凹部５６に流れこむため、所望の領域に接着剤５２を塗布することができ、オフセット量の制御性を向上させることができる。

なお、第１凹部５６は、スキュー調整素子３０の片側のみに形成してもよいし、図９のように両側に形成してもよい。第１凹部５６をスキュー調整素子３０の両側に形成した場合、接着剤５２の付着する位置は２つの第１凹部５６の間に限定されるため、オフセット量の制御性を更に向上させることができる。

図１１は、実施例２の変形例に係る光受信器の詳細な構成を示す図である。実施例２（図１０）と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本変形例では、キャリア５０ではなく、スキュー調整素子３０における接着剤５２が付着する面の両側（接着剤５２が充填されない端部）に、第２凹部５８が形成されている。第２凹部５８は、接着剤５２が付着する面よりも、キャリア５０側から見て一段高い場所に位置しているため、接着剤５２が第２凹部５８まで届かず、第２凹部５８とキャリア３０との間に空隙５４が形成される。これにより、接着剤５２を塗布する際の制御性が悪化した場合でも、所望のオフセット量を有する空隙５４を形成することが可能となる。

以上のように、キャリア５０側ではなくスキュー調整素子３０側に第２凹部５８を形成した場合でも、実施例２と同じく、オフセット量の制御性を向上させることができる。

実施例３は、スキュー調整素子３０の反対側の面に、変形を抑制するための板状体を設けた例である。

図１２は、実施例２の変形例に係る光受信器の詳細な構成を示す図である。実施例１（図６）と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。実施例３では、キャリア５０とスキュー調整素子３０との間に空隙５４が形成されておらず、接着剤５２はスキュー調整素子３０との接着面の全面に充填されている。スキュー調整素子３０におけるキャリア５０側と反対側の面には、接着剤６２を介して板状体６０が搭載されている。

板状体６０は、スキュー調整素子３０より熱膨張係数の大きい材料で構成され、例えばキャリア５０と同じ鉄ニッケルコバルト合金（ＦｅＮｉＣｏ）を用いることができる。また、その寸法は、例えば光軸方向の長さを２．２ｍｍ、幅１ｍｍ（スキュー調整素子３０と同一）とし、高さは例えば０．５ｍｍとすることができる。

実施例３に係る光受信器によれば、スキュー調整素子３０におけるキャリア５０と反対側に、熱膨張係数の大きい板状体６０が設けられている。これにより、キャリア５０とスキュー調整素子３０の熱膨張係数差により生じる歪みと、板状体６０とスキュー調整素子３０との熱膨張係数差により生じる歪みとを相殺し、スキュー調整素子３０の反り量を低減することができる。その結果、実施例１〜２と同様に、光線ズレ量の変化を抑制し、光結合損失を低減すると共に、装置の小型化を図ることが可能となる。

図１３は、実施例３に係る光受信器の製造方法を示すフローチャートである。実施例１（図８）と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。最初に、実施例１と同様にスキュー調整素子３０及びその他の光学素子を実装する（ステップＳ１０）。次に、スキュー調整素子３０上に、板状体６０を搭載する（ステップＳ１１）。このとき、板状体６０の搭載に用いる接着剤（第２接着剤６２）は、キャリア５０とスキュー調整素子３０との間に充填された接着剤（第１接着剤５２）と同じものを使用してもよいし、異なるものを使用してもよい。また、板状体６０の熱膨張係数は、キャリア５０と同じかそれに近い値であることが好ましい。

板状体６０を搭載したら、続いてレンズ３４の実装を行う（ステップＳ１２）。以上の工程により、実施例３に係る光受信器が完成する。

なお、実施例３に係る光受信器は、実施例１〜２のように空隙５４及び凹部（５６、５８）を備えていない構成としたが、実施１〜２のように空隙及び凹部を備える構成とすることも可能である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０光信号処理部
１２分離素子
１３局部発振光源器
１４ビームスプリッタ
１６光ハイブリッド
１８受光素子
２０増幅器
２２偏光回転素子
２４筐体
２５コネクタ
２６シングルモード光ファイバ
２８偏波保持光ファイバ
３０スキュー調整素子
３２ミラー
３４レンズ
４０電気信号処理部
４２ＡＤＣ
４４ＤＳＰ
５０キャリア
５２接着剤（第１接着剤）
５４空隙
５６第１凹部
５８第２凹部
６０板状体
６２接着剤（第２接着剤）
８０光軸
１００光受信器

Claims

信号光を２つの光軸に分離する分離素子と、
前記分離された２つの光軸それぞれと結合される光ハイブリッドと、
前記光軸上に配置され、前記分離素子と前記光ハイブリッドの間の前記２つの光軸の光路長差を調整するためのスキュー調整素子と、
キャリアと、
前記スキュー調整素子と前記キャリアとの間に充填された接着剤と、
前記スキュー調整素子と前記キャリアが対向する面内において、前記スキュー調整素子の光軸方向の端部に位置し、前記接着剤が充填されない空隙と、
を備えることを特徴とするコヒーレント光通信用の光受信器。
前記スキュー調整素子は、前記キャリアと熱膨張係数が異なることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
前記スキュー調整素子は、シリコンからなることを特徴とする請求項１または２に記載の光受信器。
前記接着剤は、前記キャリアにおける前記スキュー調整素子の光軸方向の長さのうち、７５％以上９５％以下の領域に充填されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光受信器。
前記キャリアにおける前記スキュー調整素子と対向する表面には、前記スキュー調整素子の前記端部に対応する位置に前記スキュー調整素子と接着される面よりも低い第１凹部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光受信器。
前記第１凹部は、前記スキュー調整素子の光軸方向における、前記接着剤の片側または両側に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の光受信器。
前記スキュー調整素子における前記キャリアと対向する表面には、前記スキュー調整素子の前記端部に前記キャリアと接着される面よりも高い第２凹部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光受信器。
前記第２凹部は、前記スキュー調整素子の光軸方向における、前記接着剤の片側または両側に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光受信器。
前記分離素子は、前記スキュー調整素子と熱膨張係数が異なり、前記キャリア上に前記接着剤を介して全面に接着されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光受信器。
前記分離された２つの光軸のうち、一方の光軸に配置されてなる反射部を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項記載の光受信器。
信号光を縦偏光と横偏光に分離する分離素子と、
前記分離素子の後段に設けられ、前記縦偏光及び前記横偏光を分光及び結合する光ハイブリッドと、
前記分離素子及び前記光ハイブリッドの間に設けられ、前記縦偏光及び前記横偏光の光路長の差による位相遅延を調整するスキュー調整素子と、
前記スキュー調整素子を搭載し、前記スキュー調整素子より熱膨張係数が異なるキャリアと、を備え、
前記スキュー調整素子は、前記キャリア上に第１接着剤を介して搭載され、
前記スキュー調整素子における前記キャリアと対向する表面と反対側の表面には、第２接着剤を介して、前記スキュー調整素子と熱膨張係数が異なる板状体が搭載されていることを特徴とする光受信器。
前記スキュー調整素子は、前記キャリア上に第１接着剤を介して全面に接着されてなることを特徴とする請求項１１に記載の光受信器。
信号光を縦偏光と横偏光に分離する分離素子と、
前記分離素子の後段に設けられ、前記縦偏光及び前記横偏光を分光及び結合する光ハイブリッドと、
前記分離素子及び前記光ハイブリッドの間に設けられ、前記縦偏光及び前記横偏光の光路長の差による位相遅延を調整するスキュー調整素子と、
前記スキュー調整素子を搭載するキャリアと、
前記光ハイブリッドの前段までの光路上に設けられたレンズと、を備えるコヒーレント光通信用の光受信器の製造方法において、
前記キャリア上に、接着剤を介して前記スキュー調整素子を固定する第１工程と、
前記キャリア上に前記レンズを固定する第２工程と、を有し、
前記第１工程は、前記スキュー調整素子及び前記キャリアにおける互いに対向する面同士の間に、前記スキュー調整素子の光軸方向に沿って、前記接着剤が充填されていない空隙が形成されるようにすることを特徴とする光受信器の製造方法。
信号光を縦偏光と横偏光に分離する分離素子と、
前記分離素子の後段に設けられ、前記縦偏光及び前記横偏光を分光及び結合する光ハイブリッドと、
前記分離素子及び前記光ハイブリッドの間に設けられ、前記縦偏光及び前記横偏光の光路長の差による位相遅延を調整するスキュー調整素子と、
前記スキュー調整素子を搭載し、前記スキュー調整素子と熱膨張係数が異なるキャリアと、
前記光ハイブリッドの前段までの光路上に設けられたレンズと、を備えるコヒーレント光通信用の光受信器の製造方法において、
前記キャリア上に、第１接着剤を介して前記スキュー調整素子を固定する第１工程と、
前記スキュー調整素子における前記キャリアと対向する表面と反対側の表面に、第２接着剤を介して、前記スキュー調整素子と熱膨張係数が異なる板状体を搭載する第２工程と、
前記キャリア上に前記レンズを固定する第３工程と、を有することを特徴とする光受信器の製造方法。