(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主信号光が通過する第１の導波路と、前記主信号光から分岐した第１のモニター光が通過する第２の導波路と、前記主信号光を増幅する局発光が通過する第３の導波路と、前記局発光から分岐した第２のモニター光が通過する第４の導波路と、を有する導波路基板と、
前記局発光によって増幅された前記主信号光の一部を検出する複数の受光素子と、前記第１のモニター光を検出する受光素子と、が同一基板に一体形成された第１の受光素子アレイと、
前記局発光によって増幅された前記主信号光の他の一部を検出する複数の受光素子と、前記第２のモニター光を検出する受光素子と、が同一基板に一体形成された第２の受光素子アレイと、
前記導波路基板、前記第１の受光素子アレイおよび前記第２の受光素子アレイが内包された筐体と、
を備える光受信装置。
【請求項２】
前記第１の受光素子アレイにおいて、前記局発光によって増幅された前記主信号光の一部を検出する４つ以上の受光素子と、前記第１のモニター光を検出する受光素子と、が同一基板に一体形成され、
前記第２の受光素子アレイにおいて、前記局発光によって増幅された前記主信号光の他の一部を検出する４つ以上の受光素子と、前記第２のモニター光を検出する受光素子と、が同一基板に一体形成されている
請求項１に記載の光受信装置。
【請求項３】
前記第１のモニター光を検出する受光素子の受光径が３０μｍ以下である請求項１または請求項２に記載の光受信装置。
【請求項４】
前記第１の受光素子アレイおよび前記第２の受光素子アレイは、光入射側に、透過するビーム径と等しい大きさの透過窓を有する遮光機能を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の光受信装置。
【請求項５】
前記導波路基板は、コヒーレント受信のミキサー回路を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の光受信装置。
【請求項６】
前記局発光によって増幅された前記主信号光の一部を検出する複数の受光素子と前記第１の導波路の端部とが隣接配置により光結合され、前記第１のモニター光を検出する受光素子と前記第２の導波路の端部とが隣接配置により光結合される
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光受信装置。
【請求項７】
前記局発光によって増幅された前記主信号光の一部を検出する複数の受光素子と前記第１の導波路の端部とが第１のレンズを介して光結合され、前記第１のモニター光を検出する受光素子と前記第２の導波路の端部とが第２のレンズを介して光結合される
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光受信装置。
【請求項８】
前記導波路基板、前記第１の受光素子アレイおよび前記第２の受光素子アレイが前記筐体内に封止されている
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光受信装置。
【請求項９】
主信号光が通過する第１の導波路と、前記主信号光から分岐した第１のモニター光が通過する第２の導波路と、前記主信号光を増幅する局発光が通過する第３の導波路と、前記局発光から分岐した第２のモニター光が通過する第４の導波路と、を有する導波路基板と、
前記局発光によって増幅された前記主信号光の一部を検出する複数の受光素子と、前記第１のモニター光を検出する受光素子と、が同一基板に一体形成された第１の受光素子アレイと、
前記局発光によって増幅された前記主信号光の他の一部を検出する複数の受光素子と、前記第２のモニター光を検出する受光素子と、が同一基板に一体形成された第２の受光素子アレイと、
前記導波路基板、前記第１の受光素子アレイおよび前記第２の受光素子アレイが内包された筐体と、
を有する光受信装置を備える光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の開示する技術は、光受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の受光素子が、密閉容器内に搭載された光受信器が提案されている（例えば、日本国特開２０１１−１７５１３３号公報参照）。【０００３】
近年の光伝送では、受信された光を分岐させて、複数の受光素子で受ける光受信装置において、信号断の検出や、復調上のパラメータとして、入力される光位相変調信号の強度をモニターする機能が求められている。従って、光受信装置の筐体内に、入力の主信号光を測定する受光素子と、モニター光を測定する受光素子を、それぞれ設けることが求められている。この場合に、モニター光を測定する受光素子の位置合わせを、容易に精度よく行えることが望まれる
【発明の開示】
【０００４】
本願の開示する技術の一目的は、モニター光を測定する受光素子の位置合わせを、容易に精度よく行うことができる光受信装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の一態様によれば、導波路基板と、第１の受光素子アレイと、第２の受光素子アレイと、導波路基板と第１の受光素子アレイと第２の受光素子アレイとが内包された筐体とを備える光受信装置が提供される。導波路基板は、主信号光が通過する第１の導波路と、主信号光から分岐した第１のモニター光が通過する第２の導波路と、主信号光を増幅する局発光が通過する第３の導波路と、前記局発光から分岐した第２のモニター光が通過する第４の導波路と、を有する。第１の受光素子アレイでは、局発光によって増幅された主信号光の一部を検出する複数の受光素子と、第１のモニター光を検出する受光素子と、が同一基板に一体形成されている。第２の受光素子アレイでは、局発光によって増幅された主信号光の他の一部を検出する複数の受光素子と、第２のモニター光を検出する受光素子と、が同一基板に一体形成されている。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、導波路基板と、第１の受光素子アレイと、第２の受光素子アレイと、導波路基板と第１の受光素子アレイと第２の受光素子アレイとが内包された筐体とを備える光受信装置を有する光伝送装置が提供される。導波路基板は、主信号光が通過する第１の導波路と、主信号光から分岐した第１のモニター光が通過する第２の導波路と、主信号光を増幅する局発光が通過する第３の導波路と、前記局発光から分岐した第２のモニター光が通過する第４の導波路と、を有する。第１の受光素子アレイでは、局発光によって増幅された主信号光の一部を検出する複数の受光素子と、第１のモニター光を検出する受光素子と、が同一基板に一体形成されている。第２の受光素子アレイでは、局発光によって増幅された主信号光の他の一部を検出する複数の受光素子と、第２のモニター光を検出する受光素子と、が同一基板に一体形成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、ＤＰ−ＱＰＳＫ方式の受信部の光回路２００の構成例を説明するための概略図である。
【図２】図２は、図１に示す９０°ハイブリッド２４０の構造および動作を説明するための図である。
【図３】図３は、本願の開示する技術の好ましい実施の形態の光受信装置１００を説明するための概略図である。
【図４】図４は、ＤＰ−ＱＰＳＫ受信器での受光素子の受光径とモニター受光素子・      局発光間アイソレーションとの関係を示す図である。
【図５】図５は、受光素子アレイ３１０を説明するための概略斜視図である。
【図６】図６は、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０、３２０の結合構造の一例を説明するための概略斜視図である。
【図７】図７は、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０、３２０の結合構造の他の例を説明するための概略斜視図である。
【図８】図８は、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０、３２０の結合構造のさらに他の例を説明するための概略斜視図である。
【図９】図９は、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０の位置合わせを説明するための概略斜視図である。
【図１０】図１０は、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０の位置合わせを説明するための概略斜視図である。
【図１１】図１１は、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０の位置合わせに使用する測定系を説明するための概略図である。
【図１２】図１２は、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０、３２０の結合構造のさらに他の例を説明するための概略斜視図である。
【図１３】図１３は、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０、３２０の結合構造のさらに他の例を説明するための概略斜視図である。
【図１４】図１４は、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０、３２０の結合構造のさらに他の例を説明するための概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に、本願の開示する技術の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
光伝送システムにおいて、光位相変調方式が、伝送時の劣化が少なく大容量を実現する方式として近年注目されている。その中でも、特に、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization Differential Quadrature Phase Shift Keying）方式は、ＯＩＦ（Optical Internetworking Forum）による標準化も進められ、今後の主力の方式と目されている。
【００１０】
ＤＰ−ＱＰＳＫ方式の受信部の光回路２００の構成例を図１に示す。本方式では、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）２１０により偏波分離する。偏波分離された各偏波の光信号と、光周波数がほぼ等しい変調されていない局発光（ＬＯ）とを、９０°ハイブリッド２４０、２５０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。この９０°ハイブリッド２４０、２５０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、製造性の観点から平面光導波路（ＰＬＣ: Planar Light-wave Circuit）が適している。本実施の形態の光回路２００は、平面光導波路（ＰＬＣ）として構成されている。
【００１１】
この光回路２００は、コヒーレント受信用ミキサー回路を使用しており、光位相変調信号光(Ｓｉｇ)の受信振幅を、局発光（ＬＯ）によって増幅している。以下、図１、図２を参照して、光回路２００について説明する。
【００１２】
光回路２００は、２つの入力側の導波路１１１と１２１とを備えている。導波路１１１には、局発光（ＬＯ）が入力され、導波路１２１には、光位相変調信号光(Ｓｉｇ)が入力される。
【００１３】
導波路１２１に入力された光位相変調信号光(Ｓｉｇ)は、偏波分離素子（ＰＢＳ）２１０により、Ｘ偏波とＹ編波に分離される。今、導波路２１２にはＹ編波の光が、導波路２１４にはＸ編波の光が伝送されるとする。導波路２１２を伝送されたＹ編波の光は、９０°ハイブリッド２５０に入力される。導波路２１４を伝送されたＸ編波の光は、ローテータ２３０で編波面が回転されＹ編波の光となって、９０°ハイブリッド２４０に入力される。
【００１４】
導波路１１１に入力された局発光（ＬＯ）は、今、Ｙ編波の光であるとする。導波路１１１に入力された局発光（ＬＯ）は、３ｄＢカップラー２２０によって、２分され、導波路２２２、２２４をそれぞれ伝送される。導波路２２４を伝送されたＹ編波の光は、９０°ハイブリッド２４０に入力される。導波路２２２を伝送されたＹ編波の光は、９０°ハイブリッド２５０に入力される。
【００１５】
９０°ハイブリッド２４０に入力された光位相変調信号光(Ｓｉｇ)は、９０°ハイブリッド２４０に入力された局発光（ＬＯ）によって、９０°ずつ位相の異なる光として増幅される。そして、出力側の導波路２４２、２４３、２４４、２４５からそれぞれ、Ｘ−Ｉｐ、Ｘ−Ｉn、Ｘ−Ｑｐ、Ｘ−Ｑｎの光として出力される。
【００１６】
９０°ハイブリッド２５０に入力された光位相変調信号光(Ｓｉｇ)は、９０°ハイブリッド２５０に入力された局発光（ＬＯ）によって、９０°ずつ位相の異なる光として増幅される。そして、出力側の導波路２５２、２５３、２５４、２５５からそれぞれ、Ｙ−Ｉｐ、Ｙ−Ｉn、Ｙ−Ｑｐ、Ｙ−Ｑｎの光として出力される。
【００１７】
次に、９０°ハイブリッド２４０の構造および動作を説明する。なお、９０°ハイブリッド２５０の構造および動作は、９０°ハイブリッド２４０の構造および動作と同じなので、説明は省略する。
【００１８】
図２は、図１に示す９０°ハイブリッド２４０の構造および動作を説明するための図である。このコヒーレント受信ミキサー回路においては、光位相変調信号光(Ｓｉｇ)の受信振幅を、局発光（ＬＯ）によって増幅する。
【００１９】
導波路２１４からの光位相変調信号光(Ｓｉｇ)は、カプラー２６１で分岐され、導波路２７１を伝送される光は、カプラー２６３に入力され、導波路２７２を伝送される光は、カプラー２６４に入力される。導波路２７１は遅延線として機能する。
【００２０】
導波路２２４からの局発光（ＬＯ）は、カプラー２６２で分岐され、導波路２７３を伝送される光は、カプラー２６３に入力され、導波路２７４を伝送される光は、カプラー２６４に入力される。
【００２１】
導波路２７１を伝送された光と、導波路２７３を伝送された光はカプラー２６３で混合され、導波路２４２と導波路２４３にそれぞれＩｐ光，Ｉｎ光として出力される。導波路２７２を伝送された光と、導波路２７４を伝送された光はカプラー２６４で混合され、導波路２４４と導波路２４５にそれぞれＱｐ光，Ｑｎ光として出力される。
【００２２】
光位相変調信号光(Ｓｉｇ)の振幅をＡ、局発光（ＬＯ）の振幅をＢ、光位相変調信号光(Ｓｉｇ)と局発光（ＬＯ）の搬送波の相対位相角をφとし、導波路２７１での位相角をθ、カプラー２６３、２６４での位相回転角をξとする。導波路２４２、２４３、２４４、２４５でそれぞれ出力される光Ｉｐ，Ｉｎ，Ｑｐ，Ｑｎの複素振幅、光強度は下式のとおりとなる。
【００２３】
＜複素振幅＞
Ip:Ａe(i(φ＋θ))＋Ｂe(i(ξ))                     ・・・（１−１）式
In:Ａe(i(φ＋θ＋ξ))＋Ｂe(i(0))                    ・・・（１−２）式
Qp:Ａe(i(φ))＋Ｂe(i(ξ))                         ・・・（１−３）式
Qn:Ａe(i(φ＋ξ))＋Ｂe(i(0))                      ・・・（１−４）式
【００２４】
＜光強度＞
Ip:Ａ2＋Ｂ2 ＋２ＡＢcos（φ＋θ−ξ）        ・・・（２−１）式
In:Ａ2＋Ｂ2 ＋２ＡＢcos（φ＋θ＋ξ）       ・・・（２−２）式
Qp:Ａ2＋Ｂ2 ＋２ＡＢcos（φ−ξ）           ・・・（２−３）式
Qn:Ａ2＋Ｂ2 ＋２ＡＢcos（φ＋ξ）           ・・・（２−４）式
【００２５】
これより、IpとIn 間、QpとQn 間にて差動受信するとＩ出力、Ｑ出力は下式となる。
Ｉ＝ Ip - In ＝４ＡＢsin（φ＋θ）sin（ξ）    ・・・（３−１）式  
Ｑ＝ Qp - Qn ＝４ＡＢsin（φ）sin（ξ）        ・・・（３−２）式
【００２６】
（３−１）、（３−２）式において、９０°ハイブリッドでは  ξ＝  ９０°,θ＝  ９０°と設定するため、Ｉ出力、Ｑ出力の強度はそれぞれ、下式のようになる。
Ｉ＝ Ip - In ＝４ＡＢcos（φ）              ・・・（４−１）式
Ｑ＝ Qp - Qn ＝４ＡＢsin（φ）              ・・・（４−２）式
【００２７】
（４−１）、（４−２）式のとおり、局発光の振幅Ｂを大きくすることで、信号出力を増大でき、信号雑音比を改善できることがわかる。
【００２８】
次に、図３を参照して、本願の開示する技術の好ましい実施の形態の光受信装置１００について説明する。
【００２９】
本実施の形態の光受信装置１００は、平面光導波路（ＰＬＣ）１５０と、受光素子アレイ３０１と、受光素子アレイ３０２とを備えている。光受信装置１００は、入力側の複数の導波路を備えている。本実施の形態では、入力側に、２つの導波路１０１、１０２が存在するとして説明する。導波路１０１には、局発光（ＬＯ）が入力され、導波路１０２には、光位相変調信号光(Ｓｉｇ)が入力される。
【００３０】
導波路１０１に入力された局発光（ＬＯ）は、カプラー１１０によって２つの光に分岐される。導波路１１１を伝播する光は上述の光回路２００に入力され、導波路１１２を伝播する光は、モニター光として使用される。導波路１０２に入力された光位相変調信号光(Ｓｉｇ)は、カプラー１２０によって２つの光に分岐される。導波路１２１を伝播する光は光回路２００に入力され、導波路１２２を伝播する光は、モニター光として使用される。
【００３１】
光回路２００の出力側の導波路２４２、２４３、２４４、２４５からそれぞれ、Ｘ−Ｉｐ、Ｘ−Ｉn、Ｘ−Ｑｐ、Ｘ−Ｑｎの光が出力される。また、出力側の導波路２５２、２５３、２５４、２５５からそれぞれ、Ｙ−Ｉｐ、Ｙ−Ｉn、Ｙ−Ｑｐ、Ｙ−Ｑｎの光が出力される。導波路１１２からは、局発光（ＬＯ）のモニター光が出力され、導波路１２２からは、光位相変調信号光(Ｓｉｇ)のモニター光が出力される。
【００３２】
受光素子アレイ３０１は、受光素子３１１〜３１５を備えている。受光素子３１１は局発光（ＬＯ）のモニター光用の受光素子である。受光素子３１２〜３１５は、導波路２４２、２４３、２４４、２４５からそれぞれ出射する信号光の受信用の受光素子である。受光素子３１１は、平面光導波路（ＰＬＣ）１５０の端面１５１に露出する導波路１１２と対向して設けられている。受光素子３１２〜３１５は、平面光導波路（ＰＬＣ）１５０の端面１５１に露出する導波路２４２、２４３、２４４、２４５とそれぞれ対向して設けられている。受光素子３１１〜３１５は、同じ基板に一体的に形成されている。受光素子３１１〜３１５はホトダイオードである。
【００３３】
受光素子アレイ３２０は、受光素子３２１〜３２５を備えている。受光素子３２１は光位相変調信号光(Ｓｉｇ)のモニター光用の受光素子である。受光素子３２２〜３２５は、導波路２５２、２５３、２５４、２５５からそれぞれ出射する信号光の受信用の受光素子である。受光素子３２１は、平面光導波路（ＰＬＣ）１５０の端面１５１に露出する導波路１２２と対向して設けられている。受光素子３２２〜３２５は、平面光導波路（ＰＬＣ）１５０の端面１５１に露出する導波路２５２、２５３、２５４、２５５とそれぞれ対向して設けられている。受光素子３２１〜３２５は、同じ基板に一体的に形成されている。受光素子３２１〜３２５はホトダイオードである。
【００３４】
このような光受信装置１００では、受信システム上の制御として、信号断の検出や、復調上のパラメータとして、入力される光位相変調信号の強度をモニターする機能が求められる。装置の小型化、ファイバー取り回し性の改善、実装性の向上を図るために、このモニター機能を光受信装置１００に内蔵することが好ましい。そこで、上述のように、光入力信号のモニターは、入力経路１０１、１０２にカプラー１１０、１２０等を用いて光を搾取（分岐）することで行っている。この場合に、平面光導波路１５０と、信号受信用の受光素子３１２〜３１５、３２２〜３２５と、モニター光検出用の受光素子３１１、３２１を、同一筐体に実装することが望まれる。
【００３５】
高速信号受信の観点から信号受信用の受光素子３１２〜３１５、３２２〜３２５の受光径は非常に小さい。例えば、ＤＰ−ＱＰＳＫの１００ギガビット伝送（ボーレートにて２５〜３０ギガビット）を受信するためには１５〜２５μｍ程度の受光径が求められ、平面光導波路（ＰＬＣ）１５０の出力との光結合には、高精度な調整が必要となる。
【００３６】
本実施の形態では、（４−１）、（４−２）式のとおり、局発光の振幅Ｂを大きくすることで、信号出力を増大させ、熱雑音を相対的に小さくして、信号雑音比を改善して受信感度を改善できる。そのためＯＩＦによる仕様においては、局発光の強度は信号光の強度に比べ、最大３４ｄＢ大きい場合が想定されている。しかしながら、このように局発光の強度を大きくすると、局発光に起因する迷い光等によるノイズが増加してしまう。
【００３７】
モニターは、光信号断の検出のために、信号光の最小入力強度より小さい光入力を更に搾取したレベルの光強度を検出しなければならない。この設定値をαdBとすると、同一筐体にモニター用受光素子を実装する場合、局発光起因の迷い光等が当該受光素子に対してノイズ成分となるため、局発光、モニター受光素子間で３４ｄＢ＋αｄＢ以上のアイソレーションを確保しなければならない。
【００３８】
このレベルのアイソレーションを確保する一つの方法として、モニター用の受光素子の受光径を小さくすることが考えられる。その場合、要求される受光径は実装形態、要求される設定値αにも依存するが、設定値αは例えば、１０ｄＢ程度であり、装置のバラツキ等を考慮すると、５０ｄＢ程度のアイソレーションを確保することが望ましいことになる。
【００３９】
図４は、ＤＰ−ＱＰＳＫ受信器での受光素子の受光径とモニター受光素子・局発光間アイソレーションとの関係を示す図である。例えば、５０ｄＢ以上のアイソレーションを確保するためには受光径２０μｍ以下が必要となり、ほぼ信号受信用の受光素子の受光径と同等のサイズである。
【００４０】
再び、図３を参照すれば、本実施の形態では、モニター光用の受光素子である受光素子３１１と、信号光の受信用の受光素子である受光素子３１２〜３１５は同じ基板に一体的に形成されている。受光素子３１１〜３１５は、平面光導波路１５０の端面１５１に露出する導波路１１２、２４２〜２４５とそれぞれ対向して設けられている。導波路１１２、２４２〜２４５の相対位置は、導波路１１２、２４２〜２４５を製造するときのプロセスマスクの精度で決まる。受光素子３１１〜３１５の相対位置も受光素子３１１〜３１５を製造するときのプロセスマスクの精度で決まる。従って、信号光用の導波路２４２〜２４５と、信号光用の受光素子３１２〜３１５との相対位置（光結合形態）を決めることにより、モニター用の導波路１１２と、モニター用の受光素子３１１との位置関係も同時に調整され、自動的に決まることになる。その結果、モニター用の導波路１１２と、モニター用の受光素子３１１との調整を行う必要がなくなり、また、モニター用の導波路１１２とモニター用の受光素子３１１との結合も精度よく行うことができる。従って、本実施の形態によれば、モニター用の導波路１１２とモニター用の受光素子３１１との位置あわせを、容易に精度よく行うことができる。
【００４１】
また、モニター光用の受光素子である受光素子３２１と、信号光の受信用の受光素子である受光素子３２２〜３２５は同じ基板に一体的に形成されている。受光素子３２１〜３２５は、平面光導波路１５０の端面１５１に露出する導波路１２２、２５２〜２５５とそれぞれ対向して設けられている。導波路１２２、２５２〜２５５の相対位置は、導波路１２２、２５２〜２５５を製造するときのプロセスマスクの精度で決まる。受光素子３２１〜３２５の相対位置も受光素子３２１〜３２５を製造するときのプロセスマスクの精度で決まる。従って、信号光用の導波路２５２〜２５５と、信号光用の受光素子３１２〜３１５との相対位置（光結合形態）を決めることにより、モニター用の導波路１２２と、モニター用の受光素子３２１との位置関係も同時に調整され、自動的に決まることになる。その結果、モニター用の導波路１２２と、モニター用の受光素子３２１との調整を行う必要がなくなり、また、モニター用の導波路１２２とモニター用の受光素子３２１との結合も精度よく行うことができる。従って、本実施の形態によれば、モニター用の導波路１２２とモニター用の受光素子３２１との位置あわせを、容易に精度よく行うことができる。
【００４２】
なお、モニター光用の受光素子３１１と、信号光の受信用の受光素子３１２〜３１５とを同じ基板に一体的に形成しないと、モニター用の導波路１１２と、モニター用の受光素子３１１との位置決めを、別途行う必要が生じる。その場合、モニター用の受光素子３１１の受光径を、例えば、３００μｍ等と大きくできるのであれば、大きな実装公差が許容されることになる。その結果、容易に安価にモニター用の導波路１１２と、モニター用の受光素子３１１との位置決めを行うことができる。しかしながら、本実施の形態では、モニター用の受光素子３１１の受光径として、例えば、３０μｍ以下、好ましくは、２０μｍ以下が必要となる。そのような場合には、容易に安価にモニター用の導波路１１２と、モニター用の受光素子３１１との位置決めには、高精度な調整が必要となり、それに応じて光受信装置１００が高価なものとなってしまう。
【００４３】
図５は、受光素子アレイ３１０を説明するための、概略斜視図である。受光素子アレイ３２０は、受光素子アレイ３１０と同様な構造であるので、説明は省略する。ＩｎＰ等の半導体基板３３０の一主面３３１に選択的に不純物を導入してホトダイオード等の受光素子３１１〜３１５を形成している。半導体基板３３０の一主面３３１とは反対側の他の主面３３２に遮光マスク３４０が設けられている。導波路１１２、２４２〜２４５からの光は遮光マスク３４０側から入射する。遮光マスク３４０は、例えば、金の膜に透過窓３４１〜３４５を設けて作成される。透過窓３４１〜３４５は受光素子３１１〜３１５にそれぞれ対向して設けられている。透過窓３４１〜３４５の大きさは、受光素子３１１〜３１５側に透過するビーム径とほぼ等しく、例えば、３０μｍ以下である。受光素子３１１〜３１５の特性により、外周感度にサイドピークがある場合に有効である。
【００４４】
なお、遮光マスク３４０を使用しない受光素子アレイ３１０も使用することができる。その場合は、受光素子３１１〜３１５の受光径は、例えば、３０μｍ以下である。この場合は、導波路１１２、２４２〜２４５からの光は、受光素子３１１〜３１５側から入射する。
【００４５】
図６は、平面光導波路（ＰＬＣ）１５０と受光素子アレイ３１０、３２０の結合構造の一例を説明するための概略斜視図である。平面光導波路（ＰＬＣ）１５０は、シリコン基板１６０と、その上に形成されたＳｉＯ２層１６２とを備えている。ＳｉＯ２層１６２内にＳｉＯ２よりも屈折率が高い部分を設けて導波路としている。平面光導波路１５０の端面１５１に受光素子アレイ３１０、３２０を固定している。この際、平面光導波路１５０上にガラスの構造部材４０１を使用している。構造部材４０１の端面４０３を平面光導波路１５０の端面１５１と面一とし、受光素子アレイ３１０、３２０を、平面光導波路１５０の端面１５１と構造部材４０１の端面４０３に貼り付けて固定している。この構造は、平面光導波路（ＰＬＣ）１５０と受光素子アレイ３１０、３２０の結合で使用する部材も少なく価格的に有利である。
【００４６】
受光素子アレイ３１０、３２０は、受光素子としてホトダイオードを使用している。従って、受光素子アレイ３１０、３２０は受光素子の直後に受光素子で発生した電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）３５１、３５２をそれぞれ配置している。受光素子アレイ３１０、３２０とトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）３５１、３５２は金ワイヤー等で接続されるので、高速信号の受信においては、このような配置により受光素子とＴＩＡとの間の寄生容量、インダクタンスを抑えることが重要である。
【００４７】
またＤＰ−ＱＰＳＫ方式においては、偏光毎の４出力を１つのグループとして扱うため（図１〜３参照）、各出力に対応する受光素子とトランスインピーダンスアンプ間の素子特性バラツキを抑制するため、それぞれ４素子を一体とすることが有効である。そのため、本実施の形態では、偏光毎の４出力に対応する４個の受光素子とモニター用の受光素子との５個の受光素子が一体化されたものが、最小となる。
【００４８】
なお、平面光導波路１５０の端面１５１側の底面には、構造部材４２１、４２２が固定されている。トランスインピーダンスアンプ３５１、３５２が構造部材４２１、４２２上にそれぞれ固定されている。構造部材４２１、４２２はトランスインピーダンスアンプ３５１、３５２を固定する際の高さ調整部材として使用されている。
【００４９】
平面光導波路１５０の底面には、構造部材４２０が固定されている。構造部材４２０は、平面光導波路１５０を固定する際の高さ調整部材として使用されている。平面光導波路１５０の端面１５１側とは反対側の端面１５２には、光ファイバー４１１、４１２がファイバー固定部材４１３、４１４をそれぞれ介して固定されている。平面光導波路１５０上にガラスの構造部材４０２を使用している。構造部材４０２の端面４０４を平面光導波路１５０の端面１５２と面一とし、ファイバー固定部材４１３、４１４を取り付ける際の補助部材として使用している。
【００５０】
図７は、平面光導波路（ＰＬＣ）１５０と受光素子アレイ３１０、３２０の結合構造の他の例を説明するための概略斜視図である。図６の構造では、受光素子アレイ３１０、３２０を平面光導波路１５０の端面１５１に固定している。それに対して、図７の構造では、受光素子アレイ３１０、３２０を平面光導波路１５０の上面に取り付け、受光素子アレイ３１０、３２０の上面とトランスインピーダンスアンプ３５１、３５２の上面とを同じ平面としている。図７の構造は、他の点は図６の構造と同様である。光素子アレイ３１０、３２０の上面とトランスインピーダンスアンプ３５１、３５２の上面とを同じ平面としているので、受光素子アレイ３１０、３２０とトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）３５１、３５２との金ワイヤー等による接続が容易である。なお、受光素子アレイ３１０、３２０を平面光導波路１５０の上面に取り付けるために、平面光導波路１５０の端面１５１近傍で、平面光導波路１５０の出力光を上面に向ける必要がある。そのために、例えば、平面光導波路１５０の端面１５１近傍に跳ね上げミラーを設ける等の加工を行う。構造部材４２３、４２４を平面光導波路１５０の端面１５１に固定し、トランスインピーダンスアンプ３５１、３５２を構造部材４２３、４２４上にそれぞれ取り付けて、トランスインピーダンスアンプ３５１、３５２を固定する際の高さ調整を行っている。
【００５１】
図８は、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０（３２０）の結合構造のさらに他の例を説明するための概略斜視図である。受光素子と平面光導波路との位置合わせ精度は数ミクロン以下が必要である。この位置あわせ精度を実現するためには、図６、図７の結合構造では、通常は受光素子をプローブ等で電気接続し、光電流をモニターして最大になるところで、受光素子アレイ３１０、３２０を固定するが、手順や設備が複雑になる。本例の結合構造では、受光素子と平面光導波路との位置合わせを受光素子の電気接続なしで実施することを可能としている。
【００５２】
平面光導波路１５０は、シリコン基板１６０と、その上に形成されたクラッド層としてのＳｉＯ２層１６２とを備えている。ＳｉＯ２層１６２内にＳｉＯ２よりも屈折率が高い導波路コア１６３を設けている。平面光導波路１５０の端面１５１に受光素子アレイ３１０を固定している。この際、平面光導波路１５０上にガラスの構造部材４０５を使用している。構造部材４０５の端面４０６を平面光導波路１５０の端面１５１と面一とし、受光素子アレイ３１０を、平面光導波路１５０の端面１５１と構造部材４０５の端面４０６に貼り付けて固定している。
【００５３】
受光素子アレイ３１０は、ＩｎＰ等の半導体基板３３０の一主面３３１に選択的に不純物を導入してホトダイオード等の受光素子３１１〜３１５を形成している。半導体基板３３０の一主面３３１とは反対側の他の主面３３２に反射型遮光マスク３５０が設けられている。導波路コア１６３に対応して透過窓としての開口３５１〜３５５が反射型遮光マスク３５０に設けられている。開口３５１〜３５５の大きさは、導波路コア１６３の断面積と略同じである。開口３５１〜３５５は、受光素子３１１〜３１５にそれぞれ対向して設けられている。
【００５４】
受光素子３１１〜３１５作製に用いるプロセス装置の精度により、受光素子３１１〜３１５側と、遮光マスク３５０側の位置あわせ精度が数ミクロン前半である。この場合には、図９に示すように、導波路コア１６３に対して、開口３５１〜３５５の位置が合っていると、反射光の強度が小さくなり、図１０に示すように、合っていないと、反射光の強度が大きくなる。このように、反射光の強度と結合状態に関係があるので、受光素子３１１〜３１５と導波路コア１６３との位置合わせを受光素子３１１〜３１５の電気接続なしで実施することができる。なお、位置合わせの調整は、Ｘ軸、Ｙ軸および回転（θ）について行う。
【００５５】
図１１は、この位置合わせに使用する測定系を示す概略図である。光源５１０からの光は、光ファイバー５１６、光サーキュレータ５１４、光ファイバー５１８を介して平面光導波路１５０に入射する。その後、反射型遮光マスク３５０を備える受光素子アレイ３１０で反射され、光サーキュレータ５１４、光ファイバー５２０を介して光パワーメーター５１２に入射する。光パワーメーター５１２で反射光の強度を測定する。
【００５６】
図１２は、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０、３２０の結合構造のさらに他の例を説明するための概略斜視図である。図６の構造では、受光素子アレイ３１０、３２０を平面光導波路１５０の端面１５１に取り付け、図７の構造では、受光素子アレイ３１０、３２０を平面光導波路１５０の上面に取り付けている。これに対して、図１２の構造では、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０、３２０とをレンズ４３１〜４３４で結合している。
【００５７】
平面光導波路１５０の端面１５１から射出する光をレンズ４３１、４３３を介して折り曲げ光学系４４１に入射させ、折り曲げ光学系４４１で光を上面に向け、受光素子アレイ３１０の裏面側から入射している。また、平面光導波路１５０の端面１５１から射出する光をレンズ４３２、４３４を介して折り曲げ光学系４４２に入射させ、折り曲げ光学系４４２で光を上面に向け、受光素子アレイ３２０の裏面側から入射している。
【００５８】
トランスインピーダンスアンプ３５１、３５２を構造部材４２５、４２６上にそれぞれ取り付けて、トランスインピーダンスアンプ３５１、３５２を固定する際の高さ調整を行っている。これにより、受光素子アレイ３１０、３２０とトランスインピーダンスアンプ３５１、３５２との金ワイヤー等による接続を容易にしている。
【００５９】
レンズ結合では、図６、図７の構成とは異なり、光受光強度をモニターしながらの結合調整が可能であり、より小さな受光径が求められる場合に適している。この例ではレンズ結合に適するよう、受光素子アレイ３１０、３２０の手前で折り曲げ光学系４４１、４４２を用いているが、受光素子アレイ３１０、３２０が端面（チップ側面）から光を受光する場合は折り曲げ光学系４４１、４４２不要である。
【００６０】
図１３は、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０、３２０の結合構造のさらに他の例を説明するための概略斜視図である。図１２の構造では、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０、３２０とをレンズ４３１〜４３４で結合している。これに対して、図１３の構造では、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０、３２０とをマイクロレンズアレイ４５１〜４５４で結合している。
【００６１】
平面光導波路１５０の端面１５１にマイクロレンズアレイ４５１、４５２を固定している。この際、平面光導波路１５０上にガラスの構造部材４０１を使用している。構造部材４０１の端面４０３を平面光導波路１５０の端面１５１と面一とし、マイクロレンズアレイ４５１、４５２を、平面光導波路１５０の端面１５１と構造部材４０１の端面４０３に貼り付けて固定している。
【００６２】
折り曲げ光学系４４１の側面にマイクロレンズアレイ４５３を取り付け、折り曲げ光学系４４１の上面に受光素子アレイ３１０を取り付けている。折り曲げ光学系４４２の側面にマイクロレンズアレイ４５４を取り付け、折り曲げ光学系４４２の上面に受光素子アレイ３２０を取り付けている。平面光導波路１５０の端面１５１から射出する光をマイクロレンズアレイ４５１、４５３を介して折り曲げ光学系４４１に入射させ、折り曲げ光学系４４１で光を上面に向け、受光素子アレイ３１０の裏面側から入射している。また、平面光導波路１５０の端面１５１から射出する光をマイクロレンズアレイ４５２、４５４を介して折り曲げ光学系４４２に入射させ、折り曲げ光学系４４２で光を上面に向け、受光素子アレイ３２０の裏面側から入射している。
【００６３】
トランスインピーダンスアンプ３５１、３５２を構造部材４２５、４２６上にそれぞれ取り付けて、トランスインピーダンスアンプ３５１、３５２を固定する際の高さ調整を行っている。これにより、受光素子アレイ３１０、３２０とトランスインピーダンスアンプ３５１、３５２との金ワイヤー等による接続を容易にしている。
【００６４】
本例は、調整自由度の高い２レンズ光学系にて説明したが、１レンズ光学系で実現してもよい。
【００６５】
図１４は、平面光導波路１５０と受光素子アレイ３１０、３２０の結合構造のさらに他の例を説明するための概略斜視図である。図１４の封止構造では、平面光導波路１５０、受光素子アレイ３１０、３２０、トランスインピーダンスアンプ３５１、３５２を同一の筐体６００に収めている。筐体６００にはリッド（蓋）６１０を取り付けて、封止構造としている。本構成によれば、要素毎に個別の筐体とせず、トータルでのデバイス小型化が可能となる。なお、図１４の構造は、図６の構造のものを筐体６００に収めているが、図７〜図１３のうちのいずれの構造のものも。筐体６００に収めた構造とすることができる。
【００６６】
上記の光導波路は、石英系、シリコン系、ＩｎＰ系、ＬｉＮＯ３系、樹脂系の何れに対しても成り立ち、導波路構成材料を指定するものでは無い。また、光位相変調信号光(Ｓｉｇ) 、局発光（ＬＯ）の入力に単芯のファイバー接続を用いているが、多芯ファイバーアレイ、レンズ等を用いたマイクロオプティクスを用いてもよく、結合方法を規定するものでは無い。
【００６７】
また、上記光受信装置１００は、当該光受信装置１００を備える光伝送装置に好適に使用される。
【００６８】
以上、説明したように、本願の開示する技術によれば、モニター用受光素子の実装の負担増やすことなく、必要なモニター動作を実現することができる。
【００６９】
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、本国際出願で指定した指定国、又は選択国の国内法令の許す限り、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【００７０】
種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【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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