(57)【要約】【課題】  単純な構成で波形整形が可能な光受信装置を提供する。【解決手段】  本発明の光受信装置１０は、信号光照射手段１３と、制御光照射手段１５と、信号光受光用受光素子１１と、制御光受光用受光素子１２とを備え、前記信号光受光用受光素子１１は、前記信号光照射手段１３により照射された信号光１４を受光し、前記制御光受光用受光素子１２は、前記制御光照射手段１５により照射された制御光１６を受光し、前記信号光受光用受光素子１１と前記制御光受光用受光素子１２とが、直列接続されていることを特徴とする。【選択図】  図１
2010263601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光照射手段と、制御光照射手段と、信号光受光用受光素子と、制御光受光用受光素子とを備え、
前記信号光受光用受光素子は、前記信号光照射手段により照射された信号光を受光し、
前記制御光受光用受光素子は、前記制御光照射手段により照射された制御光を受光し、
前記信号光受光用受光素子と前記制御光受光用受光素子とが、直列接続されていることを特徴とする光受信装置。
【請求項２】
さらに、前記信号光と前記制御光とを合波する合波手段を備え、
前記信号光受光用受光素子および前記制御光受光用受光素子は、前記信号光受光用受光素子と前記制御光受光用受光素子とが、同一基板上に設けられた複合型受光素子であり、
前記信号光受光用受光素子は、前記合波光の前記信号光を選択的に受光可能であり、
前記制御光受光用受光素子は、前記合波光の前記制御光を選択的に受光可能であることを特徴とする請求項１記載の光受信装置。
【請求項３】
前記複合型受光素子が、前記信号光受光用受光素子と前記制御光受光用受光素子とが積層された多重型受光素子、または前記信号光受光用受光素子と前記制御光受光用受光素子とが集積された集積型受光素子であることを特徴とする請求項２記載の光受信装置。
【請求項４】
前記信号光の波長、前記制御光の波長、前記信号光受光用受光素子の光吸収領域のバンドギャップエネルギー、および前記制御光受光用受光素子の光吸収領域のバンドギャップエネルギーが、下記式（Ｉ）または（ＩＩ）を満たすことにより、
前記信号光受光用受光素子は、前記合波光の前記信号光を選択的に受光可能であり、
前記制御光受光用受光素子は、前記合波光の前記制御光を選択的に受光可能であることを特徴とする請求項２または３記載の光受信装置。
（１．２３／λ１）＞Ｅｇ１＞（１．２３／λ２）＞Ｅｇ２    （Ｉ）
（１．２３／λ２）＞Ｅｇ２＞（１．２３／λ１）＞Ｅｇ１    （ＩＩ）
λ１：前記信号光の波長（μｍ）
λ２：前記制御光の波長（μｍ）
Ｅｇ１：前記信号光受光用受光素子の光吸収領域のバンドギャップエネルギー（ｅＶ）
Ｅｇ２：前記制御光受光用受光素子の光吸収領域のバンドギャップエネルギー（ｅＶ）
【請求項５】
前記信号光受光用受光素子および前記制御光受光用受光素子の少なくとも一方が、ＰＩＮ型接合を有する受光素子であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光受信装置。
【請求項６】
前記制御光受光用受光素子の光吸収領域は、入射される制御光の強度と前記制御光により発生する光電流の強度とが非線形の関係を示す光吸収領域であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光受信装置。
【請求項７】
前記制御光受光用受光素子の光吸収領域が、半導体中に深い準位を形成する不純物を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光受信装置。
【請求項８】
前記制御光受光用受光素子の光吸収領域が、超格子構造を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光受信装置。
【請求項９】
前記ＰＩＮ接合を有する受光素子の光吸収領域の形成材料が、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂからなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の光受信装置。
【請求項１０】
前記超格子構造の形成材料が、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰおよびＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＳｂからなる群から選択される少なくとも一つの組み合わせを含むことを特徴とする請求項８記載の光受信装置。
【請求項１１】
前記制御光照射手段は、変調された光を発する光源または直流光を発する光源を含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の光受信装置。
【請求項１２】
請求項１記載の光受信装置を使用し、
前記信号光照射手段により、前記信号光を、前記信号光受光用受光素子に照射することで、前記信号光受光用受光素子において信号光電流を発生させ、
前記制御光照射手段により、前記制御光を、前記制御光受光用受光素子に照射することで、前記制御光受光用受光素子において制御光電流を発生させ、
前記信号光電流と前記制御光電流とを相関させることにより、前記信号光を、波形整形された信号電流に変換することを特徴とする光受信装置の信号光変換方法。
【請求項１３】
請求項２から４のいずれか一項に記載の光受信装置を使用し、
前記信号光と前記制御光とを、前記合波手段により合波し、
前記合波光を、前記信号光受光用受光素子と前記制御光受光用受光素子とに照射し、
前記信号光受光用受光素子において、前記合波光の前記信号光が選択的に受光されて信号光電流を発生させ、
前記制御光受光用受光素子において、前記合波光の前記制御光が選択的に受光されて制御光電流を発生させ、
前記信号光電流と前記制御光電流とを相関させることにより、前記信号光を、波形整形された信号電流に変換することを特徴とする光受信装置の信号光変換方法。
【請求項１４】
前記信号光受光用受光素子および前記制御光受光用受光素子の少なくとも一方が、ＰＩＮ型接合を有する受光素子であることを特徴とする請求項１２または１３記載の光受信装置の信号光変換方法。
【請求項１５】
前記制御光受光用受光素子の光吸収領域は、入射される制御光の強度と前記制御光により発生する光電流の強度とが非線形の関係を示す光吸収領域であることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載の光受信装置の信号光変換方法。
【請求項１６】
前記制御光受光用受光素子の光吸収領域が、半導体中に深い準位を形成する不純物を含むことを特徴とする請求項１２から１５のいずれか一項に記載の光受信装置の信号光変換方法。
【請求項１７】
前記制御光受光用受光素子の光吸収領域が、超格子構造を含むことを特徴とする請求項１２から１６のいずれか一項に記載の光受信装置の信号光変換方法。
【請求項１８】
前記ＰＩＮ接合を有する受光素子の光吸収領域の形成材料が、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂからなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１４から１６のいずれか一項に記載の光受信装置の信号光変換方法。
【請求項１９】
前記超格子構造の形成材料が、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰおよびＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＳｂからなる群から選択される少なくとも一つの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１７記載の光受信装置の信号光変換方法。
【請求項２０】
前記制御光を、変調された光または直流光とすることを特徴とする請求項１２から１９のいずれか一項に記載の光受信装置の信号光変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光受信装置および光受信装置の信号光変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信、光情報、光計測等の分野において、例えば、光ファイバ、光導波路等の伝送路により伝送された信号光、または空間伝搬により伝送された信号光を受信して、信号電流に変換する装置（光受信装置）が使用されている。前記伝送路等により伝送された信号光には、例えば、前記伝送路等の特性歪により、その波形幅が広がる等の品質劣化が生じることが知られている。前記伝送路として、例えば、光ファイバを用いた場合には、前記光ファイバの波長依存性により信号光の分散が生じる。この信号光の分散により、信号光の劣化が生じる。この信号光の劣化は、例えば、受信感度等の受信品質の低下につながる。前記受信品質の低下としては、例えば、信号のＳ／Ｎ比の低下等があげられる。
【０００３】
前記信号光の劣化による受信品質の低下を防止可能な光受信装置としては、例えば、差動方式の光受信装置（例えば、特許文献１および２参照）、ヘテロダイン方式の光受信装置（例えば、特許文献３参照）、ＰＩＮ接合を有するＰＤを多重化して波長弁別する光受信装置（例えば、特許文献４参照）があげられる。
前記差動方式の光受信装置は、２つのフォトダイオード（ＰＤ）を備える。信号光と、励起光源から照射された励起光とを、一方のＰＤに照射し、他方のＰＤに前記励起光を照射することで、それぞれのＰＤから電気信号を発生させる。前記他方のＰＤから発生した信号の位相が、２つの前記ＰＤの接続により逆転することで、両ＰＤに続く反転増幅器により半導体光増幅器（ＳＯＡ）の雑音成分を除外する。これにより、この装置では、高感度化が可能である。
前記ヘテロダイン方式の光受信装置では、信号光と、局部発振光源から照射された局発光とを、光合波回路により合波する。この合波光をＰＤに照射し、前記ＰＤから発生したビート信号を回路で処理する。これにより、この装置では、常に正しい符号極性の信号を復調可能である。この装置では、光検出器においてヘテロダイン検波を行うために、前述のとおり、前記合波光中の前記信号光および前記局発光の両方を、１つのＰＤで受光する。
前記ＰＩＮ接合を有するＰＤを多重化して波長弁別する光受信装置では、各ＰＤで発生する電圧を、各ＰＤに接続された電極により取り出し、その合算により波長成分を特定する。これにより、この装置では、入射光の色成分を容易に検知可能である。また、ＰＤを直列に接続することで、感度を向上可能である。
【０００４】
また、前記信号光の劣化による受信品質の低下を防止可能な光受信装置としては、例えば、図１４に示す光受信装置（例えば、非特許文献１参照）、図１５に示す光受信装置（例えば、非特許文献２参照）、図１６に示す光受信装置（例えば、非特許文献３参照）があげられる。
図１４に示す光受信装置１４００は、基幹幹線系に用いられる。この光受信装置１４００は、逆分散特性を示す光ファイバ１４０５を有する。この装置１４００は、光ファイバ１４０３により生じた信号光１４０４の波長分散劣化を分析し、前記逆分散特性を示す光ファイバ１４０５により、光学分散補償を行う。この光学分散補償された信号光が、ＰＤ１４０１に照射される。
図１５に示す光受信装置１５００は、信号光と基準光との光学的相関を行い、波形整形する。この光受信装置１５００は、位相比較器１５０６と、光波形整形器１５０７とを有する。この光受信装置１５００では、まず、受信機側において、高速で変調された基準光１５０５を導入する。ついで、光ファイバ１５０３により伝送された信号光１５０４と、前記位相比較器１５０６を介して前記光波形整形器１５０７に照射される前記基準光１５０５とを、前記光波形整形器１５０７を用いて、光波形レベルで波形相関する。この波形相関された光を、ＰＤ１５０１に照射する。ここで、前記光波形整形器１５０７には、例えば、非線形性を示す変調器等が用いられる。この変調器に前記信号光が伝送されることにより、波形整形される。
図１６に示す光受信装置１６００は、ＩＣ回路により電気的に分散補償を行う方式（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｃｏｎｐｅｎｓａｔｉｏｎ）の光受信装置である。この光受信装置１６００は、増幅用ＩＣ１６０５と、電気分散補償用ＩＣ１６０６とを有する。この装置１６００では、光ファイバ１６０３により伝送された信号光１６０４を、ＰＤ１６０１に照射して電気信号に変換した後に、前記増幅用ＩＣ１６０５とそれに続く前記電気分散補償用ＩＣ１６０６とで電気波形を整形する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１０１４８０号公報
【特許文献２】特開平５−１８３５１０号公報
【特許文献３】特公平６−６６７３２号公報
【特許文献４】特開昭６１−１１５３５５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「広帯域分散補償ファイバモジュール」、フジクラ技報、１０３号、２００２年１０月発行、ｐ．５６
【非特許文献２】Ｍ．Ｙｏｎｅｙａｍａ  ｅｔ  ａｌ．，  “４０Ｇｂｉｔ／ｓ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｇａｔｅ  ｕｓｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ｄｒｉｖｅｎ  ｂｙ  ｕｎｉ−ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ  ｃａｒｒｉｅｒ  ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ”，  ＥＬＥＣＴＯＲＯＮＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  ３４，  ｐ．１６０７−１６０９（１９９８）
【非特許文献３】Ｊ．Ａｂｅ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｅｙｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ＬＳＩ  ｉｎ  ４３  Ｇｂｉｔ／ｓ  ＲＺ−ＤＰＳＫ  ｓｉｇｎａｌ”，  ＥＣＯＣ２００８  ｐ．１４３−１４４（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、関連技術の光受信装置では、波形整形のために、特別な部品や装置を必要とする。この結果、構成が複雑になるという問題がある。例えば、特許文献１および２に記載の光受信装置には、信号光の劣化による受信品質の低下防止に、信号光と励起光とを合波するための前記合波器または前記光導波路、前記反転増幅器等が必要である。
同様に、特許文献３に記載の光受信装置には、光合波回路、光検出器等が必要である。
同様に、特許文献４に記載の光受信装置には、ＰＤごとに取り出し電極が必要である。
同様に、図１４に示す光受信装置１４００には、前記光ファイバ１４０３の分散特性の分析に基づいて設計された前記逆分散特性を示す光ファイバ１４０５等が必要である。また、設計が困難である。
同様に、図１５に示す光受信装置１５００には、前記位相比較器１５０６、前記光波形整形器１５０７等が必要である。
同様に、図１６に示す光受信装置１６００には、前記増幅用ＩＣ１６０５、前記電気分散補償用ＩＣ１６０６等が必要である。また、普遍的なＩＣを設計するのは容易ではない。
【０００８】
本発明の目的は、単純な構成で波形整形が可能な光受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の光受信装置は、
信号光照射手段と、制御光照射手段と、信号光受光用受光素子と、制御光受光用受光素子とを備え、
前記信号光受光用受光素子は、前記信号光照射手段により照射された信号光を受光し、
前記制御光受光用受光素子は、前記制御光照射手段により照射された制御光を受光し、
前記信号光受光用受光素子と前記制御光受光用受光素子とが、直列接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光受信装置は、単純な構成で波形整形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の光受信装置の実施形態１における一例の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、実施形態１において用いられるＰＤの一例の構成を示す断面図である。（ｂ）は、実施形態１において用いられるＰＤのその他の例の構成を示す断面図である。
【図３】実施形態１により得られる出力信号の波形整形効果の一例を示す図である。
【図４】本発明の光受信装置の実施形態２における一例の構成を示すブロック図である。
【図５】実施形態２に用いられる多重型ＰＤの一例の構成を示す断面図である。
【図６】実施形態２に用いられる多重型ＰＤのその他の例の構成を示す断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の光受信装置の実施形態３において用いられるＰＤの一例の構成を示す断面図である。（ｂ）は、実施形態３において用いられるＰＤのその他の例の構成を示す断面図である。
【図８】実施形態３に用いられる制御光受光用ＰＤの非線形性に対する制御光電流の波形例を示す図である。
【図９】本発明の光受信装置の実施形態４に用いられる多重型ＰＤの一例の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の光受信装置の実施形態５における一例の構成を示すブロック図である。
【図１１】実施形態５に用いられる集積型ＰＤの一例の構成を示す断面図である。
【図１２】（ａ）は、実施形態５に用いられる集積型ＰＤのその他の例の構成を示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）を示す集積型ＰＤのＩ−Ｉ方向に見た断面図である。
【図１３】本発明の光受信装置の実施形態６に用いられる集積型ＰＤの一例の構成を示す断面図である。
【図１４】非特許文献１記載の光受信装置の一例の構成を示すブロック図である。
【図１５】非特許文献２記載の光受信装置の一例の構成を示すブロック図である。
【図１６】非特許文献３記載の光受信装置の一例の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の光受信装置および光受信装置の信号光変換方法について、詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
【００１３】
（実施形態１）
図１に、本実施形態の光受信装置の一例の構成を示す。本実施形態の光受信装置では、前記信号光受光用受光素子および前記制御光受光用受光素子として、フォトダイオード（ＰＤ）を、前記信号光照射手段として、光ファイバを、前記制御光照射手段として、制御光発生光源を用いた場合を例にとり説明する。図示のとおり、この光受信装置１０は、光ファイバ１３と、制御光発生光源１５と、信号光受光用ＰＤ１１と、制御光受光用ＰＤ１２とを主要な構成要素として備える。前記信号光受光用ＰＤ１１と前記制御光受光用ＰＤ１２とは、直列に接続されている。本実施形態の光受信装置は、上記のように構成されているため、その構成が単純である。さらに、本実施形態の光受信装置は、その構成が単純であるため、例えば、小型化可能である。なお、本実施形態の光受信装置では、前記信号光受光用ＰＤは、前記制御光受光用ＰＤに対して、直列接続における上流側に位置するが、本発明は、この例に限定されない。前記信号光受光用ＰＤは、例えば、前記制御光受光用ＰＤに対して、直列接続における下流側に位置してもよい。
【００１４】
本実施形態の光受信装置では、前述のとおり、受光素子として、ＰＤを用いているが、本発明は、これに限定されない。受光素子としては、ＰＤの他に、例えば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、メタルショットキーフォトダイオード（ＭＳＭ−ＰＤ）、フォトトランジスタ等、光信号を電流信号に変換可能な素子があげられる。
【００１５】
前記光ファイバとしては、例えば、従来公知のものが使用可能である。本実施形態の光受信装置では、信号光照射手段として、光ファイバを用いているが、本発明は、これに限定されない。信号光照射手段としては、光ファイバの他に、例えば、ガラス系、樹脂系あるいは半導体等からなる光導波路等の伝送路があげられる。また、信号光照射手段は、伝送路に限定されず、信号光を伝送可能であれば、例えば、空間であってもよい。なお、本発明において、前記「空間」とは、物質が存在しない真空領域、および物質が存在し現象がおこる場所を意味する。前記物質は、例えば、大気等の気体；水等の液体；ガラス等の固体のいずれであってもよい。
【００１６】
前記制御光発生光源としては、例えば、従来公知のものが使用可能である。前記制御光発生光源は、例えば、直流光を発する光源であってよいし、変調された光を発する光源であってもよい。本実施形態の光受信装置では、装置内部に前記制御光発生光源を備えているが、本発明は、この例に限定されない。本実施形態の光受信装置は、例えば、装置外部に設けられた制御光発生光源から発せられた制御光を、装置内部に配置された光ファイバ等の伝送路を通じて、装置内に前記制御光を導いてもよい。
【００１７】
前記信号光受光用ＰＤ１１および前記制御光受光用ＰＤ１２は、例えば、図２に示すＰＩＮ接合を有するＰＤであってもよい。図２（ａ）に、前記ＰＩＮ接合を有するＰＤの一例の構成を示す。図２（ｂ）に、前記ＰＩＮ接合を有するＰＤの使用時の一例の構成を示す。前記両図および図１において、同一部分には同一符号を付している。本例では、受光素子における光吸収領域は、光吸収層ｉ型である。図２（ａ）に示すとおり、このＰＩＮ接合を有する信号光受光用ＰＤ１１、およびこのＰＩＮ接合を有する制御光受光用ＰＤ１２では、半導体基板１０７上に、半導体層ｎ型１０３と、光吸収層ｉ型１０２と、半導体層ｐ型１０１とが、前記順序で積層されている。
また、図２（ｂ）に示すとおり、図２（ａ）に示す前記両ＰＤ１１および１２は、前記半導体基板１０７の前記半導体層ｎ型１０３とは反対側の面に、ｎ型電極２０１を備え、前記半導体層ｐ型１０１の前記光吸収層ｉ型１０２とは反対側の面に、ｐ型電極２０２を備える。なお、本例では、光吸収領域は、光吸収層ｉ型であるが、この例に限定されない。また、本実施形態の光受信装置に用いられる前記両受光素子は、前記ＰＩＮ接合を有するＰＤに限定されず、例えば、低濃度Ｉ領域（光吸収層ｉ型）を有さないＰＮ接合を有するＰＤであってもよい。また、前記両受光素子は、例えば、同様の受光素子であってもよいし、異なる受光素子であってもよい。
【００１８】
前記半導体基板の材料は、特に制限されないが、例えば、ＩｎＰ基板等があげられる。また、前記半導体層ｎ型および前記半導体層ｐ型を形成する材料は、特に制限されないが、例えば、ＩｎＰ半導体等があげられる。前記光吸収層ｉ型を形成する材料としては、例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ等があげられる。
【００１９】
つぎに、図１および図２（ｂ）に基づき、本実施形態の光受信装置の信号光変換方法を説明する。
【００２０】
まず、前記光ファイバ１３により伝送された信号光１４を、前記光受信装置１０に導入する。導入された前記信号光１４を、前記信号光受光用ＰＤ１１に照射することで、前記信号光１４は、前記信号光受光用ＰＤ１１の前記光吸収層ｉ型１０２に吸収（受光）される。これにより、前記信号光受光用ＰＤ１１において、信号光電流が発生する。すなわち、前記信号光受光用ＰＤ１１は、前記信号光１４のみを受光し、制御光を受光しない。以下の実施形態においても、同様である。一方、前記制御光発生光源１５による制御光１６を、前記制御光受光用ＰＤ１２に照射することで、前記制御光１６は、前記制御光受光用ＰＤ１２の前記光吸収層ｉ型１０２に吸収（受光）される。これにより、前記制御光受光用ＰＤ１２において、制御光信号が発生する。ここで、前記両ＰＤ１１および１２は、それぞれの前記ｎ型電極２０１と前記ｐ型電極２０２とを電気配線によって接続することにより、直列に接続されている。これにより、前記信号光電流および前記制御光電流は、電流連続の原理に従い時間的に同期し、かつ両ＰＤで発生する最小電流レベルで、波形幅および信号レベルが規定された信号電流（出力信号）１９として外部に取り出される。本実施形態の光受信装置では、この前記信号光電流と前記制御光電流との相関を、前記信号光受光用ＰＤと前記制御光受光用ＰＤとで行うことが可能であり、特別な部品や装置を必要とすることなく、前記信号光を波形整形された信号電流に変換することが可能である。その結果、本実施形態の光受信装置では、信号光の波形劣化による受信品質の低下を防止可能である。以下の実施形態においても、同様である。
【００２１】
図３に基づき、前記信号光電流と前記制御光電流との相関による波形整形の一例を説明する。なお、本実施形態の光受信装置により奏される波形整形効果は、この例に限定されない。
【００２２】
図３（ａ）に、変調された光を発する光源から発せられた、高速で変調された光を、制御光として用いた場合の波形整形効果を示す。図示のとおり、例えば、前記信号光は、前記光ファイバにより伝送されることで損失が生じ、かつ前記光ファイバの波長分散特性により劣化した状態で、前記信号光受光用ＰＤに照射され、信号光電流を発生させる（信号光電流波形３４ａ）。この場合に、前記高速で変調された光信号（局発光信号）を、前記制御光受光用ＰＤに照射することにより、制御光電流を発生させる（制御光電流波形３６ａ）。前述のとおり、前記信号光受光用ＰＤと前記制御光受光用ＰＤとが、直列に接続されているため、電流連続の原理より相関された波形の信号電流（出力信号）が取り出される。すなわち、波形幅は波形劣化のない制御光に律速され、信号レベルは信号電流ピークが少ない信号光で規定され、信号電流は波形整形される（信号電流波形３９ａ）。
【００２３】
図３（ｂ）に、直流光を発する光源から発せられた直流光を、制御光として用いた場合の波形整形効果を示す。図示のとおり、例えば、光アンプ等により増幅された信号光（信号光電流波形３４ｂ）が光受信装置に伝送される場合には、前記直流光を、前記制御光受光用ＰＤに照射することにより、制御光電流を発生させる（制御光電流波形３６ｂ）。前述のとおり、前記信号光受光用ＰＤと前記制御光受光用ＰＤとが、直列に接続されているため、電流連続の原理より制御光の電流レベルで規定された信号電流（出力信号）が取り出される（信号電流波形３９ｂ）。このような効果は、光リミッタ動作を示すものである。このように、信号レベルを制限することで、例えば、受光素子に続いて接続されるＩＣ等への悪影響を回避可能である。
【００２４】
（実施形態２）
図４に、本実施形態の光受信装置の一例の構成を示す。図示のとおり、この光受信装置４０は、光ファイバ４３と、制御光発生光源４５と、合波手段４７と、信号光受光用ＰＤと制御光受光用ＰＤとが同一基板上に設けられた複合型ＰＤ４１とを主要な構成要素として備える。本実施形態の光受信装置では、前記複合型ＰＤ４１が、多重型ＰＤである。これらの点を除き、本実施形態の光受信装置は、実施形態１の光受信装置と同様の構成である。本実施形態の光受信装置は、上記のように構成されているため、前記信号光受光用ＰＤと前記制御光受光用ＰＤとを電気的に接続する配線距離を短縮することが可能となり、信号光と制御光との高速相関が容易になる。この結果、波形整形効果をさらに向上可能である。前記合波手段は、信号光と制御光とを合波可能であれば、特に制限されず、例えば、光合波回路等があげられる。
【００２５】
図５に、本実施形態に用いられる前記多重型ＰＤの基本構成を示す。図６に、前記多重型ＰＤの使用時の構成例を示す。前記両図および図４において、同一部分には同一符号を付している。図５に示すとおり、この多重型ＰＤ４１では、ＰＩＮ接合を有する制御光受光用ＰＤ４１２と、ＰＩＮ接合を有する信号光受光用ＰＤ４１１とが、半導体基板４０７上に、前記順序で積層されている。前記制御光受光用ＰＤ４１２では、半導体層ｎ型４０６と、光吸収層ｉ型４０５と、半導体層ｐ型４０４とが、前記半導体基板４０７側から前記信号光受光用ＰＤ４１１側に向かって、前記順序で積層されている。前記信号光受光用ＰＤ４１１では、半導体層ｎ型４０３と、光吸収層ｉ型４０２と、半導体層ｐ型４０１とが、前記制御光受光用ＰＤ４１２側から、前記順序で積層されている。
また、図６に示すように、図５に示す前記多重型ＰＤ４１は、前記半導体基板４０７の前記半導体層ｎ型４０６とは反対側の面に、ｎ型電極６０１を備え、前記半導体層ｐ型４０１の前記光吸収層ｉ型４０２とは反対側の面に、ｐ型電極６０２を備える。この多重型ＰＤ４１では、前記信号光受光用ＰＤ４１１は信号光を選択的に受光可能であり、前記制御光受光用ＰＤ４１２は制御光を選択的に受光可能である。前記信号光受光用ＰＤ４１１と前記制御光受光用ＰＤ４１２とは、電気的に直列に接続されている。なお、本実施形態に用いられる多重型ＰＤは、この例に限定されず、例えば、前記ＰＩＮ接合を有する信号光受光用ＰＤと前記ＰＩＮ接合を有する制御光受光用ＰＤとが、前記半導体基板上に、前記順序で積層されていてもよい。
【００２６】
つぎに、図４および図６に基づき、本実施形態の光受信装置の信号光変換方法を説明する。
【００２７】
まず、前記光ファイバ４３により伝送されて、前記光受信装置４０に導入された信号光４４と、前記制御光発生光源４５による制御光４６とを、前記合波手段４７により合波する。これにより、前記信号光４４と前記制御光４６とを含む合波光４８を発生させる。前記合波光４８は、前記多重型ＰＤ４１における前記信号光受光用ＰＤ４１１の前記半導体層ｐ型４０１に照射される（図６において、上側の面）。前述のとおり、前記信号光受光用ＰＤ４１１は、前記合波光４８の前記信号光４４を選択的に受光可能である。このため、照射された前記合波光４８に含まれる前記信号光４４は、前記信号光受光用ＰＤ４１１の前記光吸収層ｉ型４０２に吸収（受光）される。これにより、前記信号光受光用ＰＤ４１１において、信号光電流が発生する。一方、前記制御光受光用ＰＤ４１２は、前記信号光受光用ＰＤ４１１を透過した前記合波光４８の前記制御光４６を選択的に受光可能である。このため、照射された前記合波光４８に含まれる前記制御光４６は、前記制御光受光用ＰＤ４１２の前記光吸収層ｉ型４０５に吸収（受光）される。これにより、前記制御光受光用ＰＤ４１２において、制御光電流が発生する。
【００２８】
前述のとおり、前記信号光受光用ＰＤ４１１と前記制御光受光用ＰＤ４１２とが、電気的に直列に接続されている。このため、両ＰＤで発生した光キャリアは、両ＰＤに接続された外部電源により印加された逆電界によってドリフトし、電流として収集される。ここで、本実施形態の光受信装置においても、実施形態１と同様に、前記信号光電流および前記制御光電流は、電流連続の原理に従い時間的に同期し、かつ両ＰＤで発生する最小電流レベルで規定された信号電流（出力信号）４９として外部に取り出される。すなわち、本実施形態の光受信装置は、前記多重型ＰＤ内部で、前記信号光電流と前記制御光電流との時間的相関を行うことが可能である。この時間的相関は、光キャリアの誘電緩和時間で規定され、本実施形態の光受信装置では、極めて高速に行われる。このため、前記制御光を、高速で変調された光信号とした場合には、前記信号光を、より波形整形された信号電流に変換可能である。これにより、信号光の波形劣化による受信品質の低下をより防止可能である。また、前記制御光を、直流光とした場合には、実施形態１と同様に、信号電流（出力信号）のピークレベルを制御光の電流レベルで規定可能である。すなわち、光リミッタ動作を示す。
【００２９】
本実施形態の光受信装置では、前述のとおり、前記ＰＩＮ接合を有する信号光受光用ＰＤは、信号光を選択的に受光可能であり、前記ＰＩＮ接合を有する制御光受光用ＰＤは、制御光を選択的に受光可能である。前記両ＰＤを、信号光および制御光をそれぞれ選択的に受光可能にするには、例えば、下記式（Ｉ）を満たすように、前記信号光の波長、前記制御光の波長および前記両ＰＤそれぞれの前記光吸収層ｉ型のバンドギャップエネルギーを設定すればよい。ただし、本実施形態の光受信装置は、この例に限定されない。
（１．２３／λ１）＞Ｅｇ１＞（１．２３／λ２）＞Ｅｇ２    （Ｉ）
前記式（Ｉ）において、各符号の意味は下記のとおりである。
λ１：前記信号光の波長（μｍ）
λ２：前記制御光の波長（μｍ）
Ｅｇ１：前記信号光受光用ＰＤの光吸収層ｉ型のバンドギャップエネルギー（ｅＶ）
Ｅｇ２：前記制御光受光用ＰＤの光吸収層ｉ型のバンドギャップエネルギー（ｅＶ）
【００３０】
前記式（Ｉ）を満たす場合の一例を、具体的に説明する。前記信号光の波長λ１が、例えば、１．３μｍである場合には、前記制御光発生光源から発せられる制御光の波長λ２を、例えば、前記信号光の波長λ１より長波長である１．５μｍに設定する。前記両光吸収層ｉ型を、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ層とすることで、前記信号光受光用ＰＤの前記光吸収層ｉ型のバンドギャップエネルギーＥｇ１を、０．９２ｅＶと、前記制御光受光用ＰＤの前記光吸収層ｉ型バンドギャップエネルギーＥｇ２を、０．７７ｅＶと設定する。このように設定して、前記式（Ｉ）を満たすことで、前記信号光受光用ＰＤは、前記合波光の前記信号光を選択的に受光可能となり、前記制御光受光用ＰＤは、前記合波光の前記制御光を選択的に受光可能となる。これにより、本実施形態の効果を得ることができる。
【００３１】
また、前記制御光の波長を、例えば、前記信号光の波長より短い波長に設定する場合は、下記式（ＩＩ）を満たすように、前記信号光の波長、前記制御光の波長および前記両ＰＤそれぞれの前記光吸収層ｉ型のバンドギャップエネルギーを設定すればよい。なお、この場合には、前記多重型ＰＤは、例えば、前記信号光受光用ＰＤと前記制御光受光用ＰＤとが、前記半導体基板上に、前記順序で積層された形態であってもよい。
（１．２３／λ２）＞Ｅｇ２＞（１．２３／λ１）＞Ｅｇ１    （ＩＩ）
前記式（ＩＩ）において、各符号の意味は下記のとおりである。
λ１：前記信号光の波長（μｍ）
λ２：前記制御光の波長（μｍ）
Ｅｇ１：前記信号光受光用ＰＤの光吸収層ｉ型のバンドギャップエネルギー（ｅＶ）
Ｅｇ２：前記制御光受光用ＰＤの光吸収層ｉ型のバンドギャップエネルギー（ｅＶ）
【００３２】
（実施形態３）
本実施形態の光受信装置は、図１に示す実施形態１の光受信装置に用いられる制御光用ＰＤの光吸収領域が、入射される制御光の強度と前記制御光により発生する光電流の強度とが非線形の関係を示す光吸収領域であることを特徴とする。この点を除いて、本実施形態の光受信装置は、実施形態１の光受信装置と同様の構成である。この制御光用ＰＤは、例えば、図７に示すＰＩＮ接合を有するＰＤ７２であってもよい。図７（ａ）に、前記ＰＩＮ接合を有するＰＤの一例の構成を示す。図７（ｂ）に、前記ＰＩＮ接合を有するＰＤの使用時の一例の構成を示す。前記両図、図１および図２において、同一部分には同一符号を付している。本例では、受光素子における光吸収領域は、光吸収層ｉ型である。図７（ａ）に示すとおり、このＰＩＮ接合を有する制御光受光用ＰＤ７２では、半導体基板１０７上に、半導体層ｎ型１０３と、光吸収層ｉ型７０２と、半導体層ｐ型１０１とが、前記順序で積層されている。前記光吸収層ｉ型７０２では、入射される制御光の強度と前記制御光により発生する光電流の強度とが非線形の関係を示す。
また、図７（ｂ）に示すとおり、図７（ａ）に示す前記制御光受光用ＰＤ７２は、前記半導体基板１０７の前記半導体層ｎ型１０３とは反対側の面に、ｎ型電極２０１を備え、前記半導体層ｐ型１０１の前記光吸収層ｉ型７０２とは反対側の面に、ｐ型電極２０２を備える。なお、本実施形態の光受信装置に用いられる前記制御光受光用ＰＤは、前記ＰＩＮ接合を有するＰＤに限定されず、例えば、低濃度Ｉ領域（光吸収層ｉ型）を有さないＰＮ接合を有するＰＤであってもよい。
【００３３】
前記半導体基板の材料は、特に制限されないが、例えば、ＩｎＰ基板等があげられる。また、前記半導体層ｎ型および前記半導体層ｐ型を形成する材料は、特に制限されないが、例えば、ＩｎＰ半導体等があげられる。
【００３４】
前記非線形の関係を示す光吸収層は、例えば、以下の３つの方法により形成可能である。
第１の方法は、光吸収層形成時に、結晶欠陥を導入する方法である。このようにすることで、発生した光キャリアが欠陥により捕獲され、非線形性を発生する。結晶構造を積層中に、例えば、光吸収層を低温で形成させることにより、前記欠陥を生成することができる。この欠陥の程度により、後述の図８に示すパターン１、パターン２の非線形性が得られる。
第２の方法は、光吸収層に鉄、酸素等の半導体結晶中に深い準位を形成可能な不純物を、添加する方法である。前記「深い準位」とは、例えば、禁制帯におけるドナー準位とアクセプター準位との間に存在する準位を意味する。このようにすることで、深い準位（深い不純物準位）が形成され、光キャリアが捕獲されて非線形性を発生する。形成される不純物準位の素性、すなわち禁制帯中でのエネルギーレベル、およびその添加量により、後述の図８に示す非線形性が得られる。
第３の方法は、光吸収層を超格子構造により形成する方法である。超格子構造は、２種以上の半導体材料からなる薄膜半導体構造を、繰り返し積層することにより形成される。この超格子構造を形成する半導体材料により、バンド構造が相違する。すなわち、電子・正孔が同一井戸層に閉じ込められる構造（ＴＹＰＥＩ型）、または閉じ込められない構造（ＴＹＰＥＩＩ型）等がある。前記両ＴＹＰＥは、入力光強度に対し異なる非線形性を示す。ＴＹＰＥＩ型では、光強度が増加した場合、超格子内で発生した光キャリアの内部電界効果により、吸収端波長領域では光吸収係数が減少する。このため、後述の図８に示すパターン１の非線形性が得られる。また、ＴＹＰＥＩＩ型では、光強度が増加した場合、光吸収係数が増大する方向にあり、後述の図８に示すパターン２の非線形性が得られる。ＴＹＰＥＩ型の超格子構造を形成する材料としては、例えば、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓ等の組み合わせがあげられる。またＴＹＰＥＩＩ型の超格子構造を形成する材料としては、例えば、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＳｂ等の組み合わせがあげられる。
【００３５】
つぎに、図１、図３、図７（ｂ）および図８に基づき、本実施形態の光受信装置の信号光変換方法を説明する。
【００３６】
まず、光ファイバ１３により伝送された信号光１４を、光受信装置１０に導入し、信号光受光用ＰＤ１１に照射する。これにより、前記信号光受光用ＰＤ１１において、信号光電流が発生する。一方、制御光発生光源１５による制御光１６を、前記制御光受光用ＰＤ７２に照射することで、前記制御光１６は、前記光吸収層ｉ型７０２に吸収（受光）される。これにより、前記制御光受光用ＰＤ７２において、制御光電流が発生する。ここで、前記両ＰＤ１１および７２は、それぞれの前記ｎ型電極２０１と前記ｐ型電極２０２とを電気配線によって接続することにより、直列に接続されている。これにより、実施形態１と同様に、前記信号光電流および前記制御光電流は、電流連続の原理に従い時間的に同期し、かつ両ＰＤで発生する最小電流レベルで、波形幅および信号レベルが規定された信号電流（出力信号）１９として外部に取り出される。なお、本実施形態の光受信装置における電流波形整形は、例えば、実施形態１で例示した図３と同様である。
【００３７】
本実施形態の光受信装置では、制御光電流の波形に特徴がある。前述のとおり、前記制御光用ＰＤ７２の光吸収層ｉ型７０２では、入射される制御光の強度と前記制御光により発生する光電流の強度とが非線形の関係を示す。図８に基づき、前記非線形性の一例を説明する。なお、前記非線形性は、この例に限定されない。
図示のとおり、パターン１では、光入力強度の増加に対し光電流が抑圧されて発生する。このような特性を示す前記制御光受光用ＰＤ７２に制御光を入射させると、飽和特性を示す制御光電流が得られる。この場合、図３に示す波形整形の原理により信号電流を、制御光電流波形に規定された波形に整形することが可能である。この結果、例えば、電流波形のピークを抑圧したリミッタ効果が奏される。
一方、パターン２では、光入力強度の増加に対し光電流が誇張されて発生する。このような特性を示す前記制御光受光用ＰＤ７２に制御光を入射させると、急峻なピークの制御光電流が得られる。この場合、図３に示す波形整形の原理により劣化した信号光波形の整形が可能である。
【００３８】
入射する光の強度Ｐとこの光により発生する光電流Ｉとは、受光素子では通常、下記式（ＩＩＩ）で表される直線的な比例関係を示す。
Ｉ＝Ａ×η×Ｐ          （ＩＩＩ）
前記式（ＩＩＩ）において、各符号の意味は下記のとおりである。
Ａ：光波長で決定される定数（Ａ／Ｗ）
η：素子構造で決定される変換効率
Ｐ：入射する光の強度（Ｗ）
Ｉ：発生する光電流（Ａ）
【００３９】
本実施形態の光受信装置において、前記非線形性は、特に制限されない。例えば、入射される制御光の強度が１０倍変化した際に、その変化に対して光電流絶対値が、例えば、２０％以上の非線形変化を示す。例えば、入力光強度０．１ｍＷにおいて、光電流０．１ｍＡが発生する場合、入力光強度を１ｍＷに増加させることにより発生する光電流が、例えば、０．８ｍＡ以下（図８におけるパターン１に対応）、または１．２ｍＡ以上（図８パターン２に対応）である非線形性を示す。前記変化に対して光電流絶対値は、５０％以上の非線形変化を示すことが好ましい。
【００４０】
本実施形態の光受信装置では、前述のとおり、制御光用ＰＤの光吸収領域が、入射される制御光の強度と前記制御光により発生する光電流の強度とが非線形の関係を示す光吸収領域である。このため、例えば、変調性能を有する制御光発生光源を用いなくとも、制御光電流の波形を容易に制御可能となる。なお、本実施形態の光受信装置により奏される非線形性およびそれに伴う波形整形効果は、この例に限定されない。
【００４１】
（実施形態４）
本実施形態の光受信装置は、図４に示す実施形態２の光受信装置に用いられる多重型ＰＤにおける制御光用ＰＤの光吸収領域が、入射される制御光の強度と前記制御光により発生する光電流とが非線形の関係を示す光吸収領域であることを特徴とする。この点を除いて、本実施形態の光受信装置は、実施形態２の光受信装置と同様の構成である。図９に、この多重型ＰＤ９１の一例の構成を示す。同図において、図４および図５と同一部分には同一符号を付している。図示のとおり、この多重型ＰＤ９１では、ＰＩＮ接合を有する制御光受光用ＰＤ９１２と、ＰＩＮ接合を有する信号光受光用ＰＤ４１１とが、半導体基板４０７上に、前記順序で積層されている。前記制御光受光用ＰＤ９１２では、半導体層ｎ型４０６と、光吸収層ｉ型９０５と、半導体層ｐ型４０４とが、前記半導体基板４０７側から前記信号光受光用ＰＤ４１１側に向かって、前記順序で積層されている。前記信号光受光用ＰＤ４１１では、半導体層ｎ型４０３と、光吸収層ｉ型４０２と、半導体層ｐ型４０１とが、前記制御光受光用ＰＤ９１２側から、前記順序で積層されている。前記光吸収層ｉ型９０５では、入射される制御光の強度と前記制御光により発生する光電流の強度とが非線形の関係を示す。前記光吸収層ｉ型９０５は、例えば、実施形態３における光吸収層ｉ型７０２と同様である。
【００４２】
本実施形態の光受信装置において、前記光吸収層が前記非線形性を示す効果は、前述の図８に示す実施形態３と同様である。すなわち、信号光電流および制御光電流は、電流連続の原理に従い時間的に同期し、かつ両ＰＤで発生する最小電流レベルで規定された信号電流（出力信号、図４の符号４９）として外部に取り出される。本実施形態の光受信装置では、前述のとおり、制御光用ＰＤの光吸収領域が、入射される制御光の強度と前記制御光により発生する光電流の強度とが非線形の関係を示す光吸収領域である。このため、実施形態２で奏される効果に加えて、例えば、変調性能を有する制御光発生光源を用いなくとも、制御光電流の波形を容易に制御可能となる。
【００４３】
（実施形態５）
図１０に、本実施形態の光受信装置の一例の構成を示す。図示のとおり、この光受信装置１００は、光ファイバ４３と、制御光発生光源４５と、合波手段４７と、信号光受光用ＰＤと制御光受光用ＰＤとが同一基板上に設けられた複合型ＰＤ１１１とを主要な構成要素として備える。本実施形態において、前記複合型ＰＤ１１１が、集積型ＰＤである。これらの点を除き、この光受信装置１００は、前述の光受信装置４０と同様の構成である。本実施形態の光受信装置は、上記のように構成されているため、前記信号光受光用ＰＤと前記制御光受光用ＰＤとを電気的に接続する配線距離を短縮することが可能となり、信号光と制御光との高速相関が容易になる。この結果、本発明の波形整形効果をさらに向上させることが可能である。
【００４４】
図１１に、本実施形態に用いられる集積型ＰＤの基本構成を示す。図１２に、前記集積型ＰＤの使用時の構成例を示す。図１２（ａ）は、前記集積型ＰＤの平面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＩ−Ｉ方向に見た断面図である。図１０から１２において、同一部分には同一符号を付している。図１１に示すとおり、この集積型ＰＤ１１１では、ＰＩＮ接合を有する信号光受光用ＰＤ１０１１と、ＰＩＮ接合を有する制御光受光用ＰＤ１０１２とが、半導体基板１００７上に、並列して配置されている。前記信号光受光用ＰＤ１０１１と前記制御光受光用ＰＤ１０１２とは、アイソレーション溝１００８により、分離されている。前記信号光受光用ＰＤ１０１１では、半導体層ｎ型１００３と、光吸収層ｉ型１００２と、半導体層ｐ型１００１とが、前記半導体基板１００７側から前記順序で積層されている。前記制御光受光用ＰＤ１０１２では、半導体層ｎ型１００６と、光吸収層ｉ型１００５と、半導体層ｐ型１００４とが、前記半導体基板１００７側から前記順序で積層されている。この集積型ＰＤ１１１では、前記信号光受光用ＰＤ１０１１は信号光を選択的に受光可能であり、前記制御光受光用ＰＤ１０１２は制御光を選択的に受光可能である。この集積型ＰＤ１１１は、２つのＰＩＮ接合を有するＰＤが、導波路構造により集積化されているため、例えば、他の導波路素子との集積化が容易である。
また、図１２に示すように、図１１に示す前記集積型ＰＤ１１１は、前記半導体層ｐ型１００１の前記光吸収層ｉ型１００２とは反対側の面に、ｐ型電極１２０２ａを備える。前記半導体層ｎ型１００３の前記半導体基板１００７とは反対側の面に、ｎ型電極１２０１ａを備える。前記半導体層ｐ型１００４の前記光吸収層ｉ型１００５とは反対側の面に、ｐ型電極１２０２ｂを備える。前記半導体層ｎ型１００６の前記半導体基板１００７とは反対側の面に、ｎ型電極１２０１ｂを備える。前記信号光受光用ＰＤ１０１１と前記制御光受光用ＰＤ１０１２とは、電極間配線１２０３により電気的に直列に接続されている。前記ｎ型電極１２０１ａおよび１２０１ｂ、並びに前記ｐ型電極１２０２ａおよび１２０２ｂは、例えば、金（Ａｕ）を含む積層電極である。
【００４５】
つぎに、図１０および図１２に基づき、本実施形態の光受信装置の信号光変換方法を説明する。
【００４６】
まず、前記光ファイバ４３により伝送されて、前記光受信装置１００に導入された信号光４４と、前記制御光発生光源４５による制御光４６とを、前記合波手段４７により合波し、前記信号光４４と前記制御光４６とを含む合波光４８を発生させる。前記合波光４８は、前記集積型ＰＤ１１１における前記信号光受光用ＰＤ１０１１に照射される（図１２（ｂ）において、左側の面）。前述のとおり、前記信号光受光用ＰＤ１０１１は、前記合波光４８の前記信号光４４を選択的に受光可能である。このため、照射された前記合波光４８に含まれる前記信号光４４は、前記信号光受光用ＰＤ１０１１の前記光吸収層ｉ型１００２に吸収（受光）される。これにより、前記信号光受光用ＰＤ１０１１において、信号光電流が発生する。一方、前述のとおり、前記制御光受光用ＰＤ１０１２は、前記信号光受光用ＰＤ１０１１を透過した前記合波光４８の前記制御光４６を選択的に受光可能である。このため、照射された前記合波光４８に含まれる前記制御光４６は、前記制御光受光用ＰＤ１０１２の前記光吸収層ｉ型１００５に吸収（受光）される。これにより、前記制御光受光用ＰＤ１０１２において、制御光電流が発生する。
【００４７】
前述のとおり、前記信号光受光用ＰＤ１０１１と前記制御光受光用ＰＤ１０１２とが、電気的に直列に接続されている。このため、両ＰＤで発生した光キャリアは、両ＰＤに接続された外部電源により印加された逆電界によってドリフトし、電流として収集される。ここで、本実施形態の光受信装置においても、実施形態１と同様に、前記信号光電流および前記制御光電流は、電流連続の原理に従い時間的に同期し、かつ両ＰＤで発生する最小電流レベルで規定された信号電流（出力信号）１０９として外部に取り出される。すなわち、本実施形態の光受信装置は、前記集積型ＰＤ内部で、前記信号光電流と前記制御光電流との時間的相関を行うことが可能である。この時間的相関は、光キャリアの誘電緩和時間で規定され、本実施形態の光受信装置では、極めて高速に行われる。このため、前記制御光を、高速で変調された光信号とした場合には、前記信号光を、より波形整形された信号電流に変換可能である。これにより、信号光の波形劣化による受信品質の低下をより防止可能である。また、前記制御光を、直流光とした場合には、実施形態１と同様に、信号電流（出力信号）のピークレベルを制御光の電流レベルで規定可能である。すなわち、光リミッタ動作を示す。なお、上記以外の点は、実施形態２と同様であり、例えば、前記式（Ｉ）または前記式（ＩＩ）を満たすことが好ましい。
【００４８】
（実施形態６）
本実施形態の光受信装置は、図１０に示す実施形態５の光受信装置に用いられる集積型ＰＤにおける制御光用ＰＤの光吸収領域が、入射される制御光の強度と前記制御光により発生する光電流の強度とが非線形の関係を示す光吸収領域であることを特徴とする。この点を除いて、本実施形態の光受信装置は、実施形態５の光受信装置と同様の構成である。図１３に、この集積型ＰＤ１３１の一例の構成を示す。同図において、図１０および図１１と同一部分には同一符号を付している。図１３に示すとおり、この集積型ＰＤ１３１では、ＰＩＮ接合を有する信号光受光用ＰＤ１０１１と、ＰＩＮ接合を有する制御光受光用ＰＤ１３１２とが、半導体基板１００７上に、並列して配置されている。前記信号光受光用ＰＤ１０１１と前記制御光受光用ＰＤ１３１２とは、アイソレーション溝１００８により、分離されている。前記信号光受光用ＰＤ１０１１では、半導体層ｎ型１００３と、光吸収層ｉ型１００２と、半導体層ｐ型１００１とが、前記半導体基板１００７側から前記順序で積層されている。前記制御光受光用ＰＤ１３１２では、半導体層ｎ型１００６と、光吸収層ｉ型１３０５と、半導体層ｐ型１００４とが、前記半導体基板１００７側から前記順序で積層されている。前記光吸収層ｉ型１３０５では、入射される制御光の強度と前記制御光により発生する光電流の強度とが非線形の関係を示す。前記光吸収層ｉ型１３０５は、例えば、実施形態３における光吸収層ｉ型７０２と同様である。
【００４９】
本実施形態の光受信装置において、前記光吸収層が前記非線形性を示す効果は、前述の図８に示す実施形態３と同様である。すなわち、信号光電流および制御光電流は、電流連続の原理に従い時間的に同期し、かつ両ＰＤで発生する最小電流レベルで規定された信号電流（出力信号、図１０の符号１０９）として外部に取り出される。本実施形態の光受信装置では、前述のとおり、制御光用ＰＤの光吸収領域が、入射される制御光の強度と前記制御光により発生する光電流の強度とが非線形の関係を示す光吸収領域である。このため、実施形態５で奏される効果に加えて、例えば、変調性能を有する制御光発生光源を用いなくとも、制御光電流の波形を容易に制御することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
前述のとおり、本発明の光受信装置は、単純な構成で波形整形が可能である。この結果、信号光の波形劣化による受信品質の低下を防止可能である。本発明の光受信装置の用途としては、例えば、光通信機器、光情報処理装置、光計測装置等があげられる。ただし、その用途は限定されず、広い分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１０、４０、１００    光受信装置
１１    信号光受光用ＰＤ（ＰＩＮ接合を有する信号光受光用ＰＤ）
１２、７２    制御光受光用ＰＤ（ＰＩＮ接合を有する制御光受光用ＰＤ）
１３、４３    光ファイバ（信号光照射手段）
１４、４４    信号光
１５、４５    制御光発生光源（制御光照射手段）
１６、４６    制御光
１９、４９、１０９    信号電流（出力信号）
３４ａ、３４ｂ    信号光電流波形
３６ａ、３６ｂ    制御光電流波形
３９ａ、３９ｂ    信号電流波形
４１    複合型ＰＤ（多重型ＰＤ）
４７    合波手段
４８    合波光
１０１、４０１、４０４、１００１、１００４    半導体層ｐ型
１０２、４０２、４０５、７０２、９０５、１００２、１００５、１３０５    光吸収層ｉ型（光吸収領域）
１０３、４０３、４０６、１００３、１００６    半導体層ｎ型
１０７、４０７、１００７    半導体基板
１１１、１３１    複合型ＰＤ（集積型ＰＤ）
２０１、６０１、１２０１ａ、１２０１ｂ    ｎ型電極
２０２、６０２、１２０２ａ、１２０２ｂ    ｐ型電極
４１１、１０１１    ＰＩＮ接合を有する信号光受光用ＰＤ
４１２、９１２、１０１２、１３１２    ＰＩＮ接合を有する制御光受光用ＰＤ
１００８    アイソレーション溝
１２０３    電極間配線
１４００、１５００、１６００  光受信装置
１４０１、１５０１、１６０１  ＰＤ
１４０３、１５０３、１６０３  光ファイバ
１４０４、１５０４、１６０４  信号光
１４０５    分散補償用光ファイバ
１５０５    基準光
１５０６    位相比較器
１５０７    光波形整形器
１６０５    増幅用ＩＣ
１６０６    電気分散補償用ＩＣ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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