JP5920467B2 - 光受信回路 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送システムに用いられる光受信回路に関し、特に、平面光導波路上に機能を集積した光受信回路に関する。

光伝送システムでは、伝送時の劣化が少なく大容量を実現する光位相変調方式が近年注目されている。特に、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式はＯＩＦ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｆｏｒｕｍ）による標準化が進められており、今後主力となる方式の一つである。

ＤＰ−ＱＰＳＫ光復調回路は、偏波多重された光位相変調信号（Ｓｉｇ）を偏波分離素子（ＰＢＳ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）により偏波分離し、各偏波の信号光に対して、光周波数がほぼ等しい変調されていない局発光（Ｌｏ）と９０度ハイブリッド回路にて干渉させ、位相信号を差動受信により強度信号に復調する。９０度ハイブリッド回路は、遅延線の位相角を９０度とし、入力される光位相変調信号（信号光）と局発光にそれぞれカプラを設け、カプラの位相回転角を９０度とすることで、局発光の振幅を大きくし、信号光の振幅を増大できる。この９０度ハイブリッド回路を構成するには、光の位相関係を正確に決める必要があり、精度よく製造できる平面光導波路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔ−ｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いることが適している。

ＤＰ−ＱＰＳＫ方式では、デバイスの小型化、低コスト化のために、信号光の減衰量を調節する光学式可変光減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）機能をＰＬＣ上に集積することが求められる。

ＤＰ−ＱＰＳＫ方式において、デバイスの小型化、低コスト化のためＰＬＣにＶＯＡを集積することが求められる。通常、ＶＯＡは偏波分離素子（ＰＢＳ）の前に搭載される。その際、問題となるのが偏波分離素子によって分離された信号光の偏光依存損失（ＰＤＬ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ）による減衰量の差である。偏波分離素子を通過した信号光は、偏光が９０度異なるＴＥ波とＴＭ波に分離される。偏光が異なる光波は導波路中の屈折率が異なるため、それぞれの減衰量に差が生じる。入力光を偏波分離素子（ＰＢＳ）で分離した後にＶＯＡで光減衰を行いＰＤＬを抑える例が開示されている（例えば、下記特許文献１参照。）。

特開２０１１−１９７７００号公報

入力光を偏波分離素子（ＰＢＳ）で分離した後にＶＯＡで光減衰を行う構成では、サーキュレータを通過した入力光の一方はＴＥ偏光でＶＯＡに入射した後に１／２波長板を通過しＴＭ偏光となり、もう一方は１／２波長板を通過しＴＭ偏光からＴＥ偏光となった後にＶＯＡを通過する。その後、２つの入力光はサーキュレータによって合成されて出力される。ＶＯＡを通過する時点では分離した入力光はどちらもＴＥ波となるため、ＰＤＬが発生しない。しかしながら、この構成では分離した入力光を再び合成して出力するため、ＤＰ−ＱＰＳＫ等の分離した２つの光波をそれぞれ出力に用いるような方式には適用することができない。

一つの側面では、本発明は、偏波分離した信号光を偏光依存損失による減衰量差を無くしてそれぞれ出力でき、かつ、可変光減衰機能を平面光導波路上に集積できることを目的とする。

一つの案では、入力される信号光を異なる２つの偏波成分に分離する偏波分離素子と、 前記偏波分離素子により分離された偏波状態の信号光の減衰量をそれぞれ調整して出力する２つの可変光減衰器と、前記偏波分離素子と、前記可変光減衰器が設けられる単一の平面光導波路と、入力される局発光を分岐する分岐カプラと、前記偏波分離素子と一方の前記可変光減衰器との間に設けられ、前記偏波分離素子により分離された一方の信号光の偏波状態を他方の信号光の偏波状態に一致させる１／２波長板と、前記分岐カプラにより分岐された前記局発光と、２つの前記可変光減衰器により減衰量が調整された光信号が入力される２つの９０度ハイブリッド回路と、を有する光受信回路を用いる。

一つの実施形態によれば、偏波分離した信号光を偏光依存損失による減衰量差を無くしてそれぞれ出力でき、かつ、可変光減衰機能を平面光導波路上に集積できる。

図１は、実施の形態にかかる光受信回路の第１の構成例を示す図である。 図２は、光受信回路に設けられる９０度ハイブリッド回路の構成例を示す図である。 図３は、実施の形態にかかる光受信回路の第２の構成例を示す図である。 図４は、ＰＤＬによるＴＥ波とＴＭ波の光パワーの違いを示す図表である。 図５は、ＰＤＬによるＴＥ波とＴＭ波の減衰量の違いを示す図表である。 図６は、２つのＶＯＡを独立電源により制御する構成例を示す図である。 図７は、２つのＶＯＡを単一電源により制御する構成例を示す図である。 図８は、２つのＶＯＡを単一電源により制御する場合のＶＯＡの構成例を示す図である。 図９は、薄膜ヒーターの抵抗値の誤差による減衰量特性を示す図表である。 図１０は、薄膜ヒーターの抵抗値の誤差の影響を防ぐ補正抵抗を設けた構成例を示す図である。 図１１は、補正抵抗の構成例を示す図である。 図１２は、補正抵抗の選択例を示す図である。 図１３は、補正抵抗の配置状態を説明する図である。 図１４は、アーム導波路の製造誤差による減衰量特性を示す図表である。 図１５は、１可変電源仕様の２つのＶＯＡの減衰量の差分を補正する構成例を示す図である。 図１６は、薄膜ヒーターの抵抗値および光路長の誤差による減衰量特性を示す図表である。 図１７は、図１６に示した薄膜ヒーターの抵抗値の誤差およびアーム導波路の光路長の誤差に対する補正を行った際の２つの信号光の減衰量の差を示す図表である。

（実施の形態）
以下に添付図面を参照して、開示技術の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、実施の形態にかかる光受信回路の第１の構成例を示す図である。この実施の形態では、光復調回路としてＤＰ−ＱＰＳＫ方式で用いるＤＰ−ＱＰＳＫ光復調回路を例に説明する。

光受信回路１００は、光復調回路１０１と、光復調回路１０１の後段に設けられる複数のＰＤ１２１と、ＴＩＡ１２２と、を含む。

図１に示す光復調回路１０１は、ＤＰ−ＱＰＳＫ方式で用いるＤＰ−ＱＰＳＫ光復調回路である。この光復調回路１０１は、偏波分離素子（ＰＢＳ）１１１と、１／２波長板（Ｒｏｔａｔｏｒ）１１２と、光学式可変光減衰器（ＶＯＡ）１１３，１１４と、３ｄＢカプラ（分岐カプラ）１１５と、９０度ハイブリッド回路１１６，１１７と、を含む。これら光復調回路１０１は、単一の平面光導波路（ＰＬＣ）１０２上に設けられる。このように、ＶＯＡ１１３，１１４による可変光減衰機能を平面光導波路（ＰＬＣ）１０２上に集積することにより、光復調回路１０１および光受信回路１００を小型で精度よく安価に製造できる。

光復調回路１０１の３ｄＢカプラ１１５には、局発光（Ｌｏ）が入力され、局発光（Ｌｏ）を２つの９０度ハイブリッド回路１１６，１１７にそれぞれ分岐出力する。偏波分離素子（ＰＢＳ）１１１には、偏波多重された光位相変調信号（信号光、Ｓｉｇ）が入力され、ＴＭ波とＴＥ波に偏波分離される。

偏波分離素子（ＰＢＳ）１１１の後段において、一方（例えばＴＭ波と記載）の信号光側には、１／２波長板（Ｒｏｔａｔｏｒ）１１２が設けられ、このＴＭ波がＴＥ波に偏波状態が変更される。偏波分離素子（ＰＢＳ）１１１の後段と、１／２波長板（Ｒｏｔａｔｏｒ）１１２の後段には、それぞれ光学式可変光減衰器（ＶＯＡ）１１３，１１４が設けられる。

そして、ＶＯＡ１１３，１１４には、ＰＢＳ１１１によって分離された信号光の偏光状態が一致した状態で入力される。ＶＯＡ１１３，１１４は、ＰＢＳ１１１によって分離された信号光の減衰量をそれぞれ調整して、９０度ハイブリッド回路１１６，１１７に出力する。

図２は、光受信回路に設けられる９０度ハイブリッド回路の構成例を示す図である。９０度ハイブリッド回路１１６，１１７は、入力される信号光（Ｓｉｇ）と光周波数がほぼ等しい変調されていない局発光（Ｌｏ）を用いて、信号光（Ｓｉｇ）の振幅を増大させて出力する。前段の２つのカプラ２０１，２０２は、信号光（Ｓｉｇ）と局発光（Ｌｏ）とをそれぞれ２分岐出力し、後段の２つのカプラ２０３，２０４に交差出力する。そして、信号光（Ｓｉｇ）側には遅延線２０５を設け、この遅延線２０５の位相角を９０度とし、カプラ２０３，２０４の位相回転角を９０度とする。これにより、局発光（Ｌｏ）の振幅を大きくし、振幅を増大させた信号光（Ｉｐ，Ｉｎ，Ｑｐ，Ｑｎ）を出力する。

図１に戻り、９０度ハイブリッド回路１１６，１１７の出力、すなわち、ＤＰ−ＱＰＳＫの光復調回路１０１により復調された信号光は、受光素子（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１２１により検出され、アナログ電気信号に変換される。受光素子１２１が出力する電気信号は、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ：Ｔｒａｎｃｅｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１２２により増幅される。不図示であるが、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１２２の出力は、アナログ−デジタル変換機（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によりデジタル信号に変換して出力される。

（光復調回路の他の構成例）
図３は、実施の形態にかかる光受信回路の第２の構成例を示す図である。図３には光復調回路１０１の構成を抽出して記載してあり、第１の構成例（図１参照）のようにＰＢＳ１１１の後には１／２波長板１１２を配置していない点が異なる。ＶＯＡ１１３，１１４は、偏波分離素子により分離した２つのそれぞれ異なる偏光状態（例えばＴＥ波とＴＭ波）の信号光に対する光減衰を行うことになる。

図３に示す構成例では、３ｄＢカプラ１１５の一方の分岐出力に１／２波長板（Ｒｏｔａｔｏｒ）１１２を設けており、９０度ハイブリッド回路１１６，１１７に対して偏光状態が９０度異なる信号光（Ｓｉｇ）がそれぞれ入力される。図３の構成例によれば、１／２波長板１１２を信号光（Ｓｉｇ）側ではなく局発光（Ｌｏ）側に設けており、１／２波長板１１２を介すことによる信号光（Ｓｉｇ）の損失を防ぐことができるようになる。

（ＶＯＡを用いた異なる偏波状態の光信号の減衰量調整について）
次に、光学式可変光減衰器（ＶＯＡ）１１３，１１４を用いた光減衰の原理について説明する。ＰＢＳ１１１によって分離された信号光（ＴＥ波，ＴＭ波）の減衰量をそれぞれ別のＶＯＡ１１３，１１４によって調整する。一般的に、光波のパワーは次の式（１）で表すことができる。

ここで、Ｆは光波の振幅、θは位相である。Ｐ0＝Ｆのとき減衰量０ｄＢとなる。θをＶＯＡ１１３，１１４に設けられる薄膜ヒーターの電力をパラメータとして表すと、次の式（２）で表すことができる。

ここで、ｋはヒーター電力による位相シフト係数、Ｐｅはヒーター電力、δΦはアーム導波路の初期位相である。ｋ，δΦは導波路の構造、および屈折率によって決まる。

図４は、ＰＤＬによるＴＥ波とＴＭ波の光パワーの違いを示す図表、図５は、ＰＤＬによるＴＥ波とＴＭ波の減衰量の違いを示す図表である。これら図４，図５の横軸はいずれもＶＯＡに対する印加電圧である。図示のように、偏光依存損失（ＰＤＬ）によって、ＶＯＡに同じ電圧を印加しても偏光状態が異なると光パワーおよび減衰量が異なることが示されている。

光復調回路１０１の第２の構成例（図３参照）のように、ＰＢＳ１１１の後に１／２波長板１１２を配置しない場合、ＰＢＳ１１１によって分離した２つの信号光（ＴＥ波、ＴＭ波）の減衰量を一致させるには、それぞれの信号光に対し異なる光減衰調整を施す。信号光の偏波依存性により、ＴＥ波とＴＭ波では導波路中での屈折率が異なるためｋ，δΦも異なる値となる。すなわち、ＴＥ波とＴＭ波の減衰量を一致させるには次の式（３）に示す関係を満たすことが必要である。

ＴＥ波とＴＭ波の減衰量を一致させる方法は２つある。
（１）２つのＶＯＡを異なる電力により制御する方法。
一つ目はＶＯＡ１１３とＶＯＡ１１４に対して異なる電力を与え、上記（３）式を満たすようにする。

図６は、２つのＶＯＡを独立電源により制御する構成例を示す図である。２つのＶＯＡ１（１１３），ＶＯＡ２（１１４）は同一設計により製造し、独立した２台の可変電圧電源６０１，６０２を用いて上記（３）式を満たすよう、２つのＶＯＡ１（１１３）のヒーター１（１１３ａ）と、ＶＯＡ２（１１４）のヒーター２（１１４ａ）に対して異なる電圧を印加する。

（２）２つのＶＯＡを単一の電源を用いて制御し、アーム導波路の光路長を変える方法。
２つ目は２つのＶＯＡ１１３，１１４のアーム導波路の光路長を変えることにより、同一の電圧において上記（３）式を満たすように設計する。

図７は、２つのＶＯＡを単一電源により制御する構成例を示す図である。２つのＶＯＡ１（１１３），ＶＯＡ２（１１４）を異なる設計により製造し、単一の可変電圧電源７０１を用いて２つのＶＯＡ１（１１３），ＶＯＡ２（１１４）に同じ電圧を印加して制御する。ただし、１台の可変電圧電源７０１により２つのＶＯＡ１（１１３），ＶＯＡ２（１１４）の減衰量を調整する際には、２つのＶＯＡ１（１１３），ＶＯＡ２（１１４）の製造誤差を考慮する必要がある。この２つのＶＯＡの製造誤差による２ＶＯＡ間の減衰量の差を解消する対処方法については後述する。

図８は、２つのＶＯＡを単一電源により制御する場合のＶＯＡの構成例を示す図である。２つ目の方法において、上記（３）式を満たすためのＶＯＡの設計としては、図８の（ａ）に示すように、２つのＶＯＡ１（１１３），ＶＯＡ２（１１４）の導波路のアーム長の非対称化、（ｂ）に示す導波路のアーム幅の非対称化、（ｃ）に示すＵＶ照射による導波路の屈折率の非対称化等がある。図８の（ａ）の例では、アーム導波路８０１よりもアーム導波路８０２の導波路長を長く設けている。図８の（ｂ）の例では、アーム導波路８０１の幅よりもアーム導波路８０２の幅を大きく設けている。図８の（ｃ）の例では、アーム導波路８０１の屈折率よりもアーム導波路８０２の屈折率が小さく（あるいは大きく）なるように設けている。以上のように、２つのＶＯＡ１１３，１１４のアーム導波路の光路長を変えることにより、２つのＶＯＡ１１３，１１４を単一電源による制御を行ってもＴＥ波とＴＭ波間のＰＤＬによる減衰量の差（図５参照）を解消できるようになる。

（実施例）
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。上述したように、減衰量の制御方法には大きく分けて２つのＶＯＡを別々の可変電圧電源により制御する「２可変電源仕様」と２つのＶＯＡを１台の可変電圧電源で制御する「１可変電源仕様」に分けることができる。２可変電源仕様では、２つのＶＯＡの製造誤差（詳細は後述）を含め、２つのＶＯＡにより減衰させた出力光を検出し、ＶＯＡの減衰量をフィードバック制御することによって、精度よく一致させることができる。この２可変電源仕様では、入力光、出力光のレベルを光検出素子（ＰＤ等）を用いて制御部（不図示）がモニターし、２つのＶＯＡにおけるＰＤＬによる減衰量の差がなくなるようにフィードバック制御する。一方、「１可変電源仕様」では２つのＶＯＡの製造誤差を予め測定しておき、補正に必要な処置を施すことによって、ＶＯＡの製造誤差による減衰量差を抑制する。１可変電源仕様では、制御部は、必要な減衰量に対応する電圧をＶＯＡに印加する制御を行えばよい。

（実施例１）
実施例１では、第１の構成例（図１参照）を２可変電源仕様（図６参照）により制御する。この実施例１ではＰＢＳ１１１により分離した信号光の片方に１／２波長板１１２を使用するため、２つのＶＯＡ１１３，１１４に入射する信号光は両方ともＴＥ波、もしくはＴＭ波に揃っている（図１の例ではＴＥ波）。そして、２台の可変電圧電源６０１，６０２（図６参照）により、それぞれのＶＯＡ１１３，１１４への印加電圧を独立に調整し、分離された２つの信号光の減衰量を合わせ、９０度ハイブリッド回路１１６，１１７に出力する。

（実施例２）
実施例２では、第１の構成例（図１参照）を１可変電源仕様（図７参照）により制御する。この実施例２では、第１の構成例（図１参照）に示したＰＢＳ１１１により分離した信号光の片方に１／２波長板１１２を使用するため、２つのＶＯＡ１１３，１１４に入射する信号光は両方ともＴＥ波、もしくはＴＭ波に揃っている（図１の例ではＴＥ波）。そのため、２つのＶＯＡ１１３，１１４は同一設計のものを使用し、１台の可変電圧電源７０１（図７参照）によって同一の電圧を印加すればよい。１台の可変電圧電源７０１による制御は、２台の可変電圧電源を用いる制御よりも簡易である利点がある。

ただし、これは２つのＶＯＡ１１３，１１４の製造誤差が無い場合に適用できる。実際には、ＶＯＡ１１３，１１４の製造誤差により、２つのＶＯＡ１１３，１１４間において所定の減衰量を得るのに必要な印加電圧に誤差が生じる可能性がある。ＶＯＡ１１３，１１４の製造誤差としては、「１．薄膜ヒーター抵抗値の誤差」と、「２．アーム導波路の光路長の誤差」が考えられる。次に、これら２種の製造誤差を補正する手法について説明する。

（１．薄膜ヒーター抵抗値の誤差の補正）
光学式のＶＯＡは、例えば、図７に示したように、アーム導波路の上に薄膜のヒーター１１３ａ，１１４ａを有し、この薄膜のヒーター１１３ａ，１１４ａに電力を与えることによりアーム導波路に熱を与え、屈折率を変化させる。これにより、ＶＯＡ１１３，１１４を通過する光波の減衰量を調整する。ここで、薄膜のヒーター１１３ａ，１１４ａは、抵抗値に製造誤差が生じる。薄膜のヒーター１１３ａ，１１４ａに印加される電圧をＶｈ、薄膜のヒーター１１３ａ，１１４ａの抵抗値をＲｈとすると、薄膜のヒーター（１１３ａ，１１４ａ）に与えられる電力Ｐｈは、次の式（４）となる。

すなわち、２つのＶＯＡ１１３，１１４の薄膜のヒーター１１３ａ，１１４ａに印加される電圧Ｖｈが等しくても、Ｒｈが異なればＰｈに差が生じ、結果として減衰量に差が生じることになる。

図９は、薄膜ヒーターの抵抗値の誤差による減衰量特性を示す図表である。設計値（誤差±０％）を太点線で示し、抵抗値−２０％の誤差の特性を点線で示し、抵抗値＋２０％の誤差の特性を実線で示してある。

図１０は、薄膜ヒーターの抵抗値の誤差の影響を防ぐ補正抵抗を設けた構成例を示す図である。上述した薄膜のヒーター１１３ａ，１１４ａの抵抗値の誤差を防ぐために、一方のＶＯＡ（図１０の例では、ＶＯＡ１（１１３））と、可変電圧電源７０１の間に抵抗（補正抵抗）１００１を挿入する。後述するが、補正抵抗１００１が抵抗なし（０Ω）〜所定の抵抗値までの間において各種抵抗値を選択できる構成とすることにより、図１０の点線に示すように、他方のＶＯＡ２（１１４）と、可変電圧電源７０１の間にも予め補正抵抗１００１を配置しておくことができる。

可変電圧電源７０１の電圧をＶ０、補正抵抗１００１の抵抗値をｒ、電流をＩとすると、補正抵抗１００１が設けられたＶＯＡ１１３（１１４）の薄膜のヒーター１１３ａ（１１４ａ）に印加される電力は、次の式（５）となる。

そして、この補正抵抗１００１により２つのＶＯＡ１１３，１１４の薄膜のヒーター１１３ａ，１１４ａに与えられる電力Ｐｈが等しくなるように調整を行う。この調整は、光受信回路１００のデバイス組立製造時に行うため、補正抵抗１００１として、予め複数の抵抗値を選択可能な構成としておく。

図１１は、補正抵抗の構成例を示す図である。図１１の例では、基板１１０１上に薄膜による補正抵抗１００１を形成する。補正抵抗１００１は、複数の抵抗値（３２Ω〜２Ω）の抵抗体１１０２ａ〜１１０２ｅと、各抵抗体１１０２ａ〜１１０２ｅと並列に設けられた迂回路（不使用抵抗体用接続路）１１０３ａ〜１１０３ｅと、各抵抗体１１０２ａ〜１１０２ｅ間に設けられる結合箇所１１０４ａ〜１１０４ｅと、を含む。そして、所望する補正抵抗１００１の抵抗値ｒとなる抵抗体１１０２ａ〜１１０２ｅを選択し、結合箇所１１０４ａ〜１１０４ｅをワイヤボンディングにより接続する。図１１の構成例によれば、抵抗値を０Ω〜６２Ωを２Ω刻みで設定できる。

図１２は、補正抵抗の選択例を示す図である。図１２には１２Ωを設定した例を示し、４Ωの抵抗体１１０２ｂと、８Ωの抵抗体１１０２ｄを選択する。他の抵抗体の箇所は、迂回路１１０３ａ，１１０３ｃ，１１０３ｅを選択すればよい。このため、結合箇所１１０４ａでは、ワイヤ１２０１ａを迂回路１１０３ａに接続し、結合箇所１１０４ｂでは、ワイヤ１２０１ｂを抵抗体１１０２ｂに接続する。結合箇所１１０４ｃでは、ワイヤ１２０１ｃを迂回路１１０３ｃに接続し、結合箇所１１０４ｄでは、ワイヤ１２０１ｄを抵抗体１１０２ｄに接続する。結合箇所１１０４ｅでは、ワイヤ１２０１ｅを迂回路１１０３ｅに接続する。

図１３は、補正抵抗の配置状態を説明する図である。図１３の（ａ）は、図１の光復調回路１０１を設けたＰＬＣ基板１３０１上に補正抵抗１００１を設けた構成例である。図１３の（ｂ）は、ＰＬＣ基板１３０１の外部の他の基板１３０２上に補正抵抗１００１を設けた構成例である。（ａ）に示すように、補正抵抗１００１をＰＬＣ基板１３０１に設ければデバイスを小型化できる。一方、補正抵抗１００１が光復調回路１０１と同じ基板上に配置されるため、光復調回路１０１と補正抵抗１００１との間において相互の熱が問題となる場合には（ｂ）に示すように、補正抵抗１００１を他の基板１３０２に設ければよい。

（２．アーム導波路の光路長の誤差の補正）
ＶＯＡの製造誤差としてもう一つ考えられるのがアーム導波路の光路長の誤差である。アーム導波路の光路長が設計値と異なれば、ＶＯＡを通過する光波が感じる屈折率にも差が生じ、ＶＯＡに対してある電圧を印加したときの減衰量に誤差が生じる。

図１４は、アーム導波路の製造誤差による減衰量特性を示す図表である。設計値（±０％）のときの特性を太点線で示し、光路長＋１０％の誤差のときの特性を点線で示し、光路長−１０％のときの特性を実線で示している。

図１５は、１可変電源仕様の２つのＶＯＡの減衰量の差分を補正する構成例を示す図である。１台の可変電圧電源７０１を用いて２つのＶＯＡ１１３，１１４を同一制御する際に、アーム導波路の誤差によって２つのＶＯＡ１１３，１１４間で減衰量に差が生じる場合は、一方のＶＯＡ１１３のヒーター１１３ａ（またはＶＯＡ１１４のヒーター１１４ａ）に補正を加えて、もう一方のＶＯＡ１１４（またはＶＯＡ１１３）と減衰量を合わせる必要がある。

また、補正を加える側のＶＯＡ１１４の一方のアーム導波路の薄膜のヒーター１１４ａ，１１４ｂに対し、減衰量調整に使用している可変電圧電源７０１とは別の定電圧源１５０１から一定の電圧を印加する。図１５の例では、薄膜のヒーター１１４ｂに対して定電圧源１５０１から一定の電圧を印加している。

この定電圧源１５０１を用いて光減衰に使用している薄膜ヒーター１１３ａ，１１４ａに電力を与える場合は、減衰量を増やす方向への補正を行うことになる。一方、定電圧源１５０１を光減衰に使用している薄膜ヒーター１１３ａ，１１４ａ以外のアーム導波路の薄膜のヒーター１１４ｂに電力を与える場合は、減衰量を減らす方向への補正を行うことになる。図１５に示すように、定電圧源１５０１は、反対側のアーム導波路の薄膜のヒーター１１４ｂに電力を与え、補正を行うことにより電気的ノイズを抑える点で有利になる。

そして、定電圧源１５０１を用い、２つのＶＯＡ１１３，１１４間における減衰量の差分に相当する一定の電力を、補正する側のＶＯＡ１１４の薄膜のヒーター１１４ａに与えれば、２つのＶＯＡ１１３，１１４間の減衰量を一致させることが可能である。この補正に使用する薄膜のヒーター１１４ｂをオフセットバイアス用薄膜ヒーター１５０２と呼ぶことにする。

定電圧源１５０１としては、例えば、光受信回路１００に供給される一定の電圧を補正に必要な電圧に降下させて供給することができる。定電圧源１５０１からの電圧を必要な値に調整する手段としては、下記１）、２）が考えられる。
１）定電圧源１５０１とオフセットバイアス用薄膜ヒーター１５０２の間に抵抗を挿入する。
２）定電圧源１５０１とオフセットバイアス用薄膜ヒーター１５０２の間にリニアレギュレータと抵抗を挿入する。

挿入する抵抗は、上記の「１．薄膜ヒーター抵抗値の誤差の補正」に用いる補正抵抗１００１と同様に、薄膜抵抗プロセスによるチップ抵抗を用いることができる。
１）の構成例では、回路構成が簡易であるという利点があるが、定電圧源１５０１に電圧のばらつきがある場合、オフセットバイアス用薄膜ヒーター１５０２に印加される電圧にもばらつきが生じる。
２）の構成例では、レギュレータを用いる分、回路構成が複雑になるが、レギュレータが有する電圧安定化の作用により、オフセットバイアス用薄膜ヒーター１５０２に印加する電圧のばらつきを非常に小さくできるようになる。例えば、定電圧源１５０１から供給される電圧が３．３Ｖ、ばらつきが１０％のとき、１）の例ではオフセットバイアス用薄膜ヒーター１５０２に印加される電圧にも１０％のばらつきが生じる。これに対し、２）の例で出力電圧精度１〜２％程度のレギュレータを使用すれば、１）の例の１／１０〜１／５程度の電圧ばらつきに抑えることができる。

（実施例３）
実施例３では、第２の構成例（図３参照）を１可変電源仕様（図７参照）により制御する。この実施例３では、ＰＢＳ１１１により分離した信号光の一方はＴＥ波、もう一方はＴＭ波として２つのＶＯＡ１１３，１１４に入射する。このような場合に、１台の可変電圧電源７０１（図７）を用いて２つのＶＯＡ１１３，１１４を同一制御し、２つの信号光の減衰量を一致させるには、同一の電圧において上記（３）式を満たすように、２つのＶＯＡ１１３，１１４を設計、製造する。そして、実施例２において説明した１可変電源仕様の構成と同様に、光受信回路１００の組立製造時に、２種の製造誤差（１．薄膜ヒーター抵抗値の誤差、２．アーム導波路の光路長の誤差）に対して減衰量差の補正を行えばよい。

（実施例４）
実施例４では、第２の構成例（図３参照）を２可変電源仕様（図６参照）により制御する。この実施例４では、ＰＢＳ１１１により分離した信号光の一方は、ＴＥ波、もう一方はＴＭ波として２つのＶＯＡ１１３，１１４に入射する。２台の可変電圧電源６０１，６０２により、ＶＯＡ１１３，１１４への印加電圧を独立に調整し、分離された２つの信号光の減衰量を合わせればよい。

図１６は、薄膜ヒーターの抵抗値および光路長の誤差による減衰量特性を示す図表である。設計値を太点線で示した。また、２つのＶＯＡの互いの光路長差が１０％生じ、これら２つのＶＯＡの薄膜ヒーターの抵抗値にそれぞれ＋２０％の誤差（図中点線）、−２０％の誤差（図中実線）が生じたときにおける、分離された２つの信号光の減衰量特性を示している。

図１７は、図１６に示した薄膜ヒーターの抵抗値の誤差およびアーム導波路の光路長の誤差に対する補正を行った際の２つの信号光の減衰量の差を示す図表である。横軸は減衰量、縦軸は２つのＶＯＡの減衰量の差である。中心値の線は、オフセットバイアス用薄膜ヒーター１５０２の印加電圧のばらつきが０のときを示している。

減衰量差が＋２％，−２％の特性線は、定電圧源１５０１とオフセットバイアス用薄膜ヒーター１５０２（例えば図１５参照）との間に、抵抗と出力電圧精度２％のレギュレータを挿入した場合である。減衰量差が＋１０％，−１０％の特性線は、定電圧源１５０１とオフセットバイアス用薄膜ヒーター１５０２の間に抵抗を挿入した場合である。このように、定電圧源１５０１とオフセットバイアス用薄膜ヒーター１５０２の間に抵抗だけではなく、リニアレギュレータと抵抗を挿入することにより、オフセットバイアス用薄膜ヒーター１５０２に印加する電圧のばらつきを非常に小さくできるようになる。

以上説明したように、光復調回路の偏波分離素子（ＰＢＳ）により偏波分離された各信号光を２つの光学式可変光減衰器（ＶＯＡ）によりそれぞれ光減衰させて出力できる。そして、２つのＶＯＡに入力される信号光の偏波状態を１／２波長板（Ｒｏｔａｔｏｒ）を用いて一致させる第１の構成例、あるいは局発光（Ｌｏ）側に１／２波長板（Ｒｏｔａｔｏｒ）を設けた第２の構成例を用いることができる。これら第１、第２の構成例のいずれについても、２つのＶＯＡに対する減衰量の制御は、単一の電源印加（１可変電源仕様）、あるいは独立した２つの電源印加（２可変電源仕様）のいずれかを選択して組み合わせることができる。

ＶＯＡ制御を１可変電源仕様としたときには、ＶＯＡの設計を対称、あるいは非対称とすることができる。対称設計時には、ＶＯＡ製造誤差である薄膜ヒーターも抵抗値誤差と、アーム導波路の光路長誤差をそれぞれ補正することにより、２つのＶＯＡの光減衰量を精度よく制御できるようになる。非対称設計時には、２つの偏波（ＴＭ波，ＴＥ波）の減衰量を一致させるために、ＶＯＡのアーム導波路の光路長を変える構成とする。そして、ＶＯＡ製造誤差である薄膜ヒーター抵抗値誤差と、アーム導波路の光路長誤差をそれぞれ補正することにより、２つのＶＯＡの光減衰量を精度よく制御できるようになる。

そして、上記の実施の形態によれば、光受信回路を構成する偏波分離素子（ＰＢＳ）、１／２波長板（Ｒｏｔａｔｏｒ）と、２つの光学式可変光減衰器（ＶＯＡ）と、３ｄＢカプラと、２つの９０度ハイブリッド回路とが単一のＰＬＣ基板上に設けられる。このように、ＶＯＡによる可変光減衰機能をＰＬＣ上に集積することにより、異なる偏波状態の出力に対する光減衰を行って出力することができ、光受信回路を小型で精度よく安価に製造できるようになる。特に、ＤＰ−ＱＰＳＫ等の分離した２つの光波をそれぞれ出力に用いるような方式においてＰＤＬを抑制できるようになる。

上記の実施の形態では、ＰＤＬによる２つの偏波（ＴＭ波，ＴＥ波）の減衰量の差を抑制するために、ＰＣＬ上に２つのＶＯＡを配置し、これら２つのＶＯＡについて、ＶＯＡのヒーターの抵抗誤差、およびアーム導波路の製造誤差をそれぞれ補正している。これにより、ＰＬＣ本体の設計の精度だけに頼ることなく、２つのＶＯＡの減衰量差を解消できるようになる。

上述した本実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）入力される信号光を異なる２つの偏波成分に分離する偏波分離素子と、
前記偏波分離素子により分離された偏波状態の信号光の減衰量をそれぞれ調整して出力する２つの可変光減衰器と、
前記偏波分離素子と、前記可変光減衰器が設けられる単一の平面光導波路と、
を有することを特徴とする光受信回路。

（付記２）入力される局発光を分岐する分岐カプラと、
前記偏波分離素子と一方の前記可変光減衰器との間に設けられ、前記偏波分離素子により分離された一方の信号光の偏波状態を他方の信号光の偏波状態に一致させる１／２波長板と、
前記分岐カプラにより分岐された前記局発光と、２つの前記可変光減衰器により減衰量が調整された光信号が入力される２つの９０度ハイブリッド回路と、
を有することを特徴とする付記１に記載の光受信回路。

（付記３）入力される局発光を分岐する分岐カプラと、
前記分岐カプラにより分岐された一方の信号光の偏波状態を変更する１／２波長板と、
前記分岐カプラにより分岐された前記局発光と、２つの前記可変光減衰器により減衰量が調整された光信号が入力される２つの９０度ハイブリッド回路と、
を有することを特徴とする付記１に記載の光受信回路。

（付記４）２つの前記可変光減衰器に対して同一の電圧を可変供給して前記信号光の減衰を行わせる単一の可変電圧電源を有することを特徴とする付記１または３に記載の光受信回路。

（付記５）２つの前記可変光減衰器は、アーム導波路の光路長を異ならせて異なる偏波状態の前記信号光に対する減衰量の差を補正することを特徴とする付記４に記載の光受信回路。

（付記６）２つの前記可変光減衰器のアーム導波路の光路長は、当該アーム導波路の長さ、幅、屈折率のうちいずれかが異なるよう形成することを特徴とする付記５に記載の光受信回路。

（付記７）２つの前記可変光減衰器に設けられた薄膜ヒーターの抵抗値の製造誤差に起因して、印加する電圧に対する２つの前記可変光減衰器の減衰量の差を補正するために、前記可変電圧電源と２つの前記可変光減衰器の薄膜ヒーターとの間に補正抵抗を設けたことを特徴とする付記４〜６のいずれか一つに記載の光受信回路。

（付記８）２つの前記可変光減衰器のアーム導波路の製造誤差による前記可変電圧電源の印加電圧に対する減衰量の差を補正するために、２つの前記可変光減衰器の２本のアーム導波路に設置されている薄膜ヒーターのうち、光減衰に使用していないアーム導波路側の薄膜ヒーターに対して一定電圧を供給する定電圧源を有することを特徴とする付記４〜６のいずれか一つに記載の光受信回路。

（付記９）２つの前記可変光減衰器に対してそれぞれ電圧を可変供給して前記信号光の減衰を行わせる２つの可変電圧電源を有することを特徴とする付記１または２に記載の光受信回路。

（付記１０）２つの前記可変光減衰器による減衰後の前記信号光のレベルを検出し、２つの前記可変光減衰器の減衰量を制御する制御部を有することを特徴とする付記９に記載の光受信回路。

１００ 光受信回路
１０１ 光復調回路
１０２ 平面光導波路（ＰＬＣ）
１１１ 偏波分離素子（ＰＢＳ）
１１２ １／２波長板（Ｒｏｔａｔｏｒ）
１１３，１１４ 光学式可変光減衰器（ＶＯＡ）
１１３ａ，１１４ａ ヒーター
１１５ ３ｄＢカプラ
１１６，１１７ ９０度ハイブリッド回路
１２１ 受光素子（ＰＤ）
６０１，６０２ 可変電圧電源
７０１ 可変電圧電源
８０１ アーム導波路
８０２ アーム導波路
１００１ 補正抵抗
１５０１ 定電圧源
１５０２ オフセットバイアス用薄膜ヒーター

Claims (8)

1. 入力される信号光を異なる２つの偏波成分に分離する偏波分離素子と、
   前記偏波分離素子により分離された偏波状態の信号光の減衰量をそれぞれ調整して出力する２つの可変光減衰器と、
   前記偏波分離素子と、前記可変光減衰器が設けられる単一の平面光導波路と、
   入力される局発光を分岐する分岐カプラと、
   前記偏波分離素子と一方の前記可変光減衰器との間に設けられ、前記偏波分離素子により分離された一方の信号光の偏波状態を他方の信号光の偏波状態に一致させる１／２波長板と、
   前記分岐カプラにより分岐された前記局発光と、２つの前記可変光減衰器により減衰量が調整された光信号が入力される２つの９０度ハイブリッド回路と、
   を有することを特徴とする光受信回路。
2. 入力される信号光を異なる２つの偏波成分に分離する偏波分離素子と、
   前記偏波分離素子により分離された偏波状態の信号光の減衰量をそれぞれ調整して出力する２つの可変光減衰器と、
   前記偏波分離素子と、前記可変光減衰器が設けられる単一の平面光導波路と、
   入力される局発光を分岐する分岐カプラと、
   前記分岐カプラにより分岐された一方の信号光の偏波状態を変更する１／２波長板と、
   前記分岐カプラにより分岐された前記局発光と、２つの前記可変光減衰器により減衰量が調整された光信号が入力される２つの９０度ハイブリッド回路と、
   を有することを特徴とする光受信回路。
3. ２つの前記可変光減衰器に対して同一の電圧を可変供給して前記信号光の減衰を行わせる単一の可変電圧電源を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光受信回路。
4. ２つの前記可変光減衰器は、アーム導波路の光路長を異ならせて異なる偏波状態の前記信号光に対する減衰量の差を補正することを特徴とする請求項３に記載の光受信回路。
5. ２つの前記可変光減衰器に設けられた薄膜ヒーターの抵抗値の製造誤差に起因して、印加する電圧に対する２つの前記可変光減衰器の減衰量の差を補正するために、前記可変電圧電源と２つの前記可変光減衰器の薄膜ヒーターとの間に補正抵抗を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載の光受信回路。
6. ２つの前記可変光減衰器のアーム導波路の製造誤差による前記可変電圧電源の印加電圧に対する減衰量の差を補正するために、２つの前記可変光減衰器の２本のアーム導波路に設置されている薄膜ヒーターのうち、光減衰に使用していないアーム導波路側の薄膜ヒーターに対して一定電圧を供給する定電圧源を有することを特徴とする請求項３または４に記載の光受信回路。
7. ２つの前記可変光減衰器に対してそれぞれ電圧を可変供給して前記信号光の減衰を行わせる２つの可変電圧電源を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光受信回路。
8. ２つの前記可変光減衰器による減衰後の前記信号光のレベルを検出し、２つの前記可変光減衰器の減衰量を制御する制御部を有することを特徴とする請求項７に記載の光受信回路。

Images