JPH0779203A - 光受信器 - Google Patents

光受信器

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JPH0779203A
JPH0779203A JP5223499A JP22349993A JPH0779203A JP H0779203 A JPH0779203 A JP H0779203A JP 5223499 A JP5223499 A JP 5223499A JP 22349993 A JP22349993 A JP 22349993A JP H0779203 A JPH0779203 A JP H0779203A
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JP
Japan
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optical
receiving element
light receiving
optical modulator
optical receiver
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JP5223499A
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English (en)
Inventor
Takehiko Tokoro
武彦 所
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】光入力ダイナミックレンジを拡大でき、小型で
高集積化が可能である新規な光受信器を提供する。 【構成】光ファイバ13より出射した光ビームを受光素
子18で受け、抵抗19を用いて電圧信号に変換し、該
電圧信号を信号増幅器20を通す光受信器において、前
記光ファイバと前記受光素子との間に光変調器16を設
け、前記増幅器を出た信号の一部を振幅検出回路21を
通して前記光変調器の制御回路(22,23)により、
前記受光素子から出た電流の一部を受光素子電流検出回
路22を通して前記光変調器の制御回路23によりフィ
ードバック制御する。更に上記光受信器を同一基板上に
形成し光電子集積回路を構成し、または前記電子集積回
路を同一基板上に複数組形成し、隣接する光受信器の間
に溝を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光信号を受信する光受
信器に関する、特に受信できる光強度の範囲を拡大でき
る小型、高性能な光受信器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6に一般的な光受信器の構成を示す。
光ファイバ1より出射した光ビームをレンズ2を用いて
受光素子3へ集光させる。受光素子3には、受信した光
強度に応じて電流が発生する。この電流を抵抗4を用い
て電圧信号に変換し、信号増幅器5で増幅し光受信信号
を出力する。
【0003】光ファイバを伝送された光信号が光受信器
の最大受信電力より大きいと、光受信器は過大入力とな
り増幅器が飽和する、または受光素子で生じる光電流の
定格を超えるなどの理由で信号を受信することができな
くなる。このような場合には光減衰器を用いて光強度を
減衰させて光信号を受信できるようにする。しかしその
場合、光受信器の受信感度は光減衰器の光強度減衰量分
劣化する。
【0004】図5に、光強度減衰量を可変できる光減衰
器を備えた光受信器の構成を示す。光ファイバ6より出
射した光ビームを第一のレンズ7により並行光ビームに
変換し、光減衰素子8を通過させた後、第二のレンズ9
によりこの並行ビームを受光素子10に集光させるよう
に構成されている。光減衰素子8は光学ガラス板に金属
膜を蒸着したものを使用している。光減衰素子8をレン
ズ7と9との間に挿入することにより光強度を変化させ
る。また蒸着膜の厚さを連続的に変化させた光減衰素子
を用いることにより、光強度減衰量を連続的に変えるこ
とができる。この光減衰素子を用い、レンズ7と9との
間に挿入する位置を機械的に変えることにより、ダイナ
ミックレンジの大きい光受信器を実現している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図5に示
すようなレンズ、光減衰素子等の個別部品の組合せで構
成された光減衰器を備えた光受信器においては、光減衰
素子8を機械的に動かす構造となっているため、光減衰
器自体の小型化、軽量化が極めて困難であるという欠点
があった。特に光強度減衰量の可変を自動化することを
考えた場合、駆動用のモータとこの駆動電源が更に必要
となり、ますます大型化するという欠点があった。
【0006】また、受光素子10へ光を集光させるため
に2枚のレンズを必要とし、光ファイバ6、レンズ7及
び9、受光素子10等の構成部品の光軸合わせが必要で
あることから、光受信器の組立に大変手間がかかり個別
調整が必要になる等、コストを下げることが困難であ
る。
【0007】本発明の目的は前記した従来技術の欠点を
解消し、光入力ダイナミックレンジを拡大でき、小型で
高集積化が可能である新規な光受信器を提供することに
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、 光ファイバより出射した光ビームを受光素子で受
け、抵抗を用いて電圧信号に変換し、増幅器により該電
圧信号の増幅を行う光受信器において、前記光ファイバ
と前記受光素子との間に光変調器を設け、前記増幅器を
出た信号の一部を振幅検出回路を介して前記光変調器の
制御回路へ送ることによりフィードバック制御すること
を特徴とする光受信器、 前記光変調器、前記受光素子、前記振幅検出回路、
及び前記光変調器の制御回路を同一基板上に形成し、光
電子集積回路を構成したことを特徴とする前記記載の
光受信器、 前記光電子集積回路を同一基板上に複数組形成し、
隣接する光電子集積回路間に溝を形成したことを特徴と
する前記記載の光受信器、 前記光変調器の代わりに、光路を連続的に切り替え
られる光スイッチを用いて構成したことを特徴とする前
記〜いずれかに記載の光受信器、 光ビームより出射した光ビームを受光素子で受け、
抵抗を用いて電気信号に変換し、増幅器により該電圧信
号の増幅を行う光受信器において、前記光ファイバと前
記受光素子との間に光変調器を設け、前記受光素子から
出た電流の一部を受光素子電流検出回路を介して前記光
変調器の制御回路へ送ることによりフィードバック制御
することを特徴とする光受信器、 前記光変調器、前記受光素子、前記受光素子電流検
出回路、及び前記光変調器の制御回路を更に同一基板上
に形成し、光電子集積回路を構成したことを特徴とする
前記記載の光受信器、 前記光電子集積回路を同一基板上に複数組形成し、
隣接する光電子集積回路間に溝を形成したことを特徴と
する前記記載の光受信器、 前記光変調器の代わりに、光路を連続的に切り替え
られる光スイッチを用いて構成したことを特徴とする前
記〜いずれかに記載の光受信器、 にある。
【0009】本発明において光導波路や光変調器の材料
や基板は半導体に限らずガラス、強誘導体、有機高分子
材料等光を導波路内に閉じ込め伝送できるものであれば
何でもよい。
【0010】光変調器の伝送路に接続されない端子の先
に形成する光無反射終端部は、その端子へ分配された光
を拡散、または吸収してしまう構造の光導波路、例えば
コア側面の荒れた導波路、気泡の混ざった導波路、放射
損失の大きい導波路等で構成できる。また、無反射コー
ティング膜を付ける端面を光導波路に対し斜めにカット
する等の反射防止対策が講じられていればよい。
【0011】
【実施例】
(実施例1)図1(A)に本発明の一実施例を示す。光
ファイバ13、半導体基板14、半導体基板14上に図
に示すような中央で交錯するパターンに半導体材料で形
成した光導波路15の2本の光導波路の交差する部分に
形成した光変調器16、光無反射終端部17、受光素子
18、受光素子の光電流を電圧信号に変換する抵抗1
9、信号増幅器20、振幅検出回路21、誤差増幅器2
2、光変調器に電流を供給する光変調器駆動回路23に
より構成される。
【0012】光ファイバ13を伝搬してきた光ビームは
光導波路15へ入射され、端子aより光変調器16へ到
達する。光変調器16は光変調器駆動回路23から供給
される電流により端子aより入射した光を端子b側また
は端子c側へ切り替える。切り替えは、2本の光導波路
の交差する部分即ち光変調器16の中央の屈折率を注入
電流により変えることにより実現する。電流を注入しな
い場合、光変調器16の屈折率は光導波路15と同じで
ある。従って、端子aより入射した光ビームは全て光変
調器16を通過し端子c側へ伝搬する。電流を注入する
と、光変調器16の屈折率が光導波路15の屈折率より
低下する。すると、端子a側からきた光ビームは光変調
器16により反射され、端子b側へ進む。光変調器16
の注入電流と光反射率との関係を図3に示す。この図か
ら、端子aから端子cへ伝送する光ビーム強度を光変調
器16への注入電流を変えることにより0〜100%制
御できることが分かる。
【0013】端子cから出射した光ビームは受光素子1
8へ入射される。受光素子18により光信号は光電変換
され、抵抗19により電圧信号に変換される。この電圧
信号を信号増幅器20により増幅し、受信信号として出
力する。一方、受信信号振幅のピーク値を振幅検出回路
21を用いて検出する。その検出信号を誤差増幅器22
により基準電圧と比較、誤差増幅し、その出力信号によ
り光変調器駆動回路23の出力電流を制御する。その結
果、光ファイバ13を伝搬してきた光ビームの強度にか
かわらず常にある光強度レベル以下の光が受光素子へ入
力される。
【0014】即ち、本発明の特徴は振幅検出回路21を
用いて光受信信号振幅を検出し、光変調器16の制御を
行うことにある。振幅検出回路21の出力を用いて、誤
差増幅器22及び光変調器駆動回路23により構成した
光変調器制御回路の出力電流を変化させることにより光
変調器16を制御する。従って、本発明は光変調器をも
たない従来の光受信器と比較して、最大受信電力特性を
大幅に改善することができる。
【0015】(実施例2)図2に本発明の請求項5に示
す別の実施例を示す。光ファイバ13、半導体基板1
4、半導体基板14上に図に示すような中央で交錯する
パターンに半導体材料で形成した光導波路15の2本の
光導波路の交差する部分に形成した光変調器16、光無
反射終端部17、光無反射コーティング膜24、レンズ
9、受光素子18、抵抗25、コンデンサ26、誤差増
幅器22、光電流を電圧信号に変換する抵抗19、信号
増幅器20により構成される。レンズ9の表面及び受光
素子18の受光面には光無反射コーティングがされてい
る。
【0016】光ファイバ13を伝搬してきた光ビームは
光導波路15へ端子aより入射され、光変調器16へ到
達する。光変調器16は光変調器駆動回路23から供給
される電流により、端子aよりに入射した光を端子b側
または端子c側へ切り替える。切り替えは、2本の光導
波路の交差する部分即ち光変調器16の中央の屈折率を
注入電流により変えることにより実現する。電流を注入
しない場合、光変調器16の屈折率は光導波路15と同
じである。従って、端子aより入射した光ビームは全て
光変調器16を通過し端子c側へ伝搬する。電流を注入
すると、光変調器16の屈折率が光導波路15の屈折率
より低下する。すると、端子a側からきた光ビームは光
変調器16により反射され、端子b側へ進む。光変調器
16の注入電流と光反射率との関係は実施例1と同様図
3に示した通りである。この図から、端子aから端子c
へ伝送する光ビーム強度を光変調器16への注入電流を
変えることにより0〜100%制御できることが分か
る。
【0017】端子cから出射した光ビームはレンズ9に
より受光素子18へ集光される。受光素子18への入射
光により生じた光電流の平均値を抵抗25とコンデンサ
26を用いて検出する。その検出信号を誤差増幅器22
で誤差増幅し、この出力信号により光変調器駆動回路2
3の出力電流を制御する。その結果、光ファイバ13を
伝搬してきた光ビームの強度にかかわらず常にある光強
度レベル以上の光が受光素子へ入力される。従って、本
発明は光変調器をもたない従来の光受信器と比較して、
最大受信電流特性を大幅に改善することができる。
【0018】本実施例においてレンズ9は省くこともで
きる。
【0019】(実施例3)図4によって本発明の請求項
2、3または6、7に示す別の変形例を示す。光ファイ
バ27、半導体基板28、半導体基板28上に形成され
た本発明の光受信器(光導波路29、光変調器30、受
光素子31、そして受信信号増幅回路、振幅検出回路、
誤差増幅器、及び光変調器駆動回路を含むまたは受光素
子電流検出回路、及び光変調器の制御回路を含む光受信
制御回路32)が同一基板上に複数組形成され、各組間
に溝34が形成されている。
【0020】半導体プロセスにより、本発明の光受信器
を同一基板上に作成し、また同時に複数形成できる。
【0021】集積化により隣接の光受信器の光導波路、
光変調器、受光素子間の距離が小さくなると、光無反射
終端部33より放射される光が隣接の光受信器の光導波
路、光変調器、受光素子部分へ洩れ込み、隣接した光受
信器間のクロストークを悪化される恐れがある。そのよ
うな影響を防ぐため、隣接する光受信器間に溝34を形
成し、光受信器間のクロストークを阻止する。溝はエッ
チング、または機械的加工により形成する。
【0022】本発明の光受信器は反射率を連続的に変化
できる光変調器を用いて光受信器の光可変減衰部を構成
したが、他の形式の光変調器または光スイッチでも光強
度を連続的に変化できるものであれば適用できる。
【0023】図1に示す抵抗19及び信号増幅器20の
代わりに、図1(B)に示すトランスインピーダンス形
増幅器を適用することもできる。
【0024】
【発明の効果】本発明の光受信器は、受光素子へ入力す
る光強度を自動的に一定値以下に保つことができる。従
って、従来の可変光減衰部をもたない光受信器に対し、
最大受信電力の制限が無くなるため大幅にダイナミック
レンジを拡大できる。特に高出力LDや光増幅器の出力
光を直接受信できる。また、受光素子や受信信号増幅器
の過大入力による破壊を防ぐ。受光素子、受信信号増幅
器のダイナミックレンジを小さくすることができ、その
結果高感度特性の受光素子、受信信号増幅器を適用でき
る。従って、より高感度、広い入力ダイナミックレンジ
をもつ光受信器を実現できる。
【0025】光変調器を基板上に形成したことにより、
光受信器の小型化、軽量化、集積化が可能になる。ま
た、光変調器は、基板上に複数同時に形成できることか
ら光受信器数の増大に対する寸法、製造コストの増加を
最小に抑えることが可能である。従って、光データバス
等の光並列伝送用光受信器として本発明を適用すると特
に有効である。
【0026】従来の光受信器に比較して、レンズを使用
しなくとも受光素子と光ファイバを接続できるため、部
品点数を削減できる。また、レンズと光ファイバとの距
離の調整をする必要がないため、組立時の手間を省くこ
とができ、光軸合わせの精度も向上する。光軸調整の手
間を大幅に削減することができ、従って、製造コストを
下げることができる。レンズを用いず、光ファイバと受
光素子とを光導波路を用いて接続できるため、温度変
動、振動による結合のずれが生じない。従って、光強度
減衰量の変動を抑えることができ、光受信器の信頼性も
向上する。
【0027】大面積の基板を用い、フォトリソグラフィ
技術を利用することにより、光受信器を精度良く一度に
大量に作ることが可能であり、低コスト化が図れる。
【0028】光導波路を用いた光合分波器、光分岐器等
と同時に作製することができるため、それらと共に高密
度、高機能な光電子集積回路を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は、本発明の光受信器の一実施例の回路
図、及び(B)は、トランスインピーダンス形増幅器を
示す図。
【図2】本発明の光受信器の他の実施例の回路図。
【図3】本発明の光受信器の光変調器の動作特性であ
る。
【図4】本発明の光受信器の一変形例の回路略図。
【図5】従来の光減衰器をもつ光受信器の回路図。
【図6】従来の光受信器の回路図。
【符号の説明】
1,6,13,27 光ファイバ 2,7,9 レンズ 3,10,18,31 受光素子 4,11,19,25 抵抗 5,12,20 信号増幅器 8 光減衰素子 14,28 半導体基板 15,29 光導波路 16,30 光変調器 17,33 光無反射終端部 22 誤差増幅器 23 光変調器駆動回路 24 光無反射コーティング膜 26 コンデンサ 32 (光受信制御回路)電子回路 34 溝 a,b,c,d 光変調器の光入出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/04 10/06 G01J 1/44 Z 8117−2G H01L 31/02 9372−5K H04B 9/00 S

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光ファイバより出射した光ビームを受光素
    子で受け、抵抗を用いて電圧信号に変換し、増幅器によ
    り該電圧信号の増幅を行う光受信器において、前記光フ
    ァイバと前記受光素子との間に光変調器を設け、前記増
    幅器を出た信号の一部を振幅検出回路を介して前記光変
    調器の制御回路へ送ることによりフィードバック制御す
    ることを特徴とする光受信器。
  2. 【請求項2】前記光変調器、前記受光素子、前記振幅検
    出回路、及び前記光変調器の制御回路を同一基板上に形
    成し、光電子集積回路を構成したことを特徴とする請求
    項1記載の光受信器。
  3. 【請求項3】前記光電子集積回路を同一基板上に複数組
    形成し、隣接する光電子集積回路間に溝を形成したこと
    を特徴とする請求項2記載の光受信器。
  4. 【請求項4】前記光変調器の代わりに、光路を連続的に
    切り替えられる光スイッチを用いて構成したことを特徴
    とする請求項1〜3いずれかに記載の光受信器。
  5. 【請求項5】光ビームより出射した光ビームを受光素子
    で受け、抵抗を用いて電圧信号に変換し、増幅器により
    該電圧信号の増幅を行う光受信器において、前記光ファ
    イバと前記受光素子との間に光変調器を設け、前記受光
    素子から出た電流の一部を受光素子電流検出回路を介し
    て前記光変調器の制御回路へ送ることによりフィードバ
    ック制御することを特徴とする光受信器。
  6. 【請求項6】前記光変調器、前記受光素子、前記受光素
    子電流検出回路、及び前記光変調器の制御回路を同一基
    板上に形成し、光電子集積回路を構成したことを特徴と
    する請求項5記載の光受信器。
  7. 【請求項7】前記光電子集積回路を同一基板上に複数組
    形成し、隣接する光電子集積回路間に溝を形成したこと
    を特徴とする請求項6記載の光受信器。
  8. 【請求項8】前記光変調器の代わりに、光路を連続的に
    切り替えられる光スイッチを用いて構成したことを特徴
    とする請求項5〜7いずれかに記載の光受信器。
JP5223499A 1993-09-08 1993-09-08 光受信器 Pending JPH0779203A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997008757A1 (en) * 1995-08-29 1997-03-06 The Furukawa Electric Co., Ltd. Waveguide type photodetector
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