(57)【要約】【課題】小型で且つ良好な光増幅特性を得ることができる光受信装置を提供する。【解決手段】光受信装置１は、偏波ビームスプリッタ２１と、ビームスプリッタ２２と、Ｘ一対の光ハイブリッド回路２３、２４と、受信光、Ｘ偏波成分、Ｙ偏波成分及びローカル光を通過させる光導波路とを有する。偏波ビームスプリッタ２１は受信光をＸ偏波成分及びＸ偏波成分に直交するＹ偏波成分に分離し、ビームスプリッタ２２はローカル光を分割する。一対の光ハイブリッド回路２３、２４は、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分のそれぞれと、分割されたローカル光とを干渉させる。光導波路の少なくとも１つは、励起光が導入されたときに所定の周波数を有する光を増幅する希土類イオンがドープされている。【選択図】図４
2018146614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信光をＸ偏波成分及び前記Ｘ偏波成分に直交するＹ偏波成分に分離する偏波ビームスプリッタと、
ローカル光を分割するビームスプリッタと、
前記Ｘ偏波成分及び前記Ｙ偏波成分のそれぞれと、分割された前記ローカル光とを干渉させる一対の光ハイブリッド回路と、
前記受信光を通過させる第１の光導波路、前記Ｘ偏波成分を通過させる第２の光導波路、前記Ｙ偏波成分を通過させる第３の光導波路及び前記ローカル光を通過させる第４の光導波路と、
を有する光導波路基板を含む光受信装置であって、
前記第１〜第４の光導波路の少なくとも１つは、励起光が導入されたときに所定の周波数を有する光を増幅する希土類イオンがドープされている、光受信装置。
【請求項２】
受信光をＸ偏波成分及び前記Ｘ偏波成分に直交するＹ偏波成分に分離する偏波ビームスプリッタと、
ローカル光を分割するビームスプリッタと、
前記Ｘ偏波成分及び前記Ｙ偏波成分のそれぞれと、分割された前記ローカル光とを干渉させる一対の光ハイブリッド回路と、
前記受信光を通過させる第１の光導波路、前記Ｘ偏波成分を通過させる第２の光導波路、前記Ｙ偏波成分を通過させる第３の光導波路及び前記ローカル光を通過させる第４の光導波路と、
を有する光導波路基板を含む光受信装置であって、
前記第１の光導波路及び前記第４の光導波路の少なくとも１つは、励起光が導入されたときに所定の周波数を有する光を増幅する希土類イオンがドープされている、光受信装置。
【請求項３】
前記光導波路基板は、前記希土類イオンを励起する励起光と前記受信光とを合波して前記偏波ビームスプリッタに出力する第１光合波器を更に有し、
前記第１の光導波路は、前記第１光合波器と前記偏波ビームスプリッタとの間に配置され且つ前記希土類イオンがドープされている第１ドープ導波路を含む、請求項２に記載の光受信装置。
【請求項４】
前記光導波路基板は、前記希土類イオンを励起する励起光と前記ローカル光とを合波して前記ビームスプリッタに出力する第２光合波器を更に有し、
前記第４の光導波路は、前記第２光合波器と前記ビームスプリッタとの間に配置され且つ前記希土類イオンがドープされている第２ドープ導波路を含む、請求項２又は３に記載の光受信装置。
【請求項５】
受信光をＸ偏波成分及び前記Ｘ偏波成分に直交するＹ偏波成分に分離する偏波ビームスプリッタと、
ローカル光を分割するビームスプリッタと、
前記Ｘ偏波成分及び前記Ｙ偏波成分のそれぞれと、分割された前記ローカル光とを干渉させる一対の光ハイブリッド回路と、
前記受信光を通過させる第１の光導波路、前記Ｘ偏波成分を通過させる第２の光導波路、前記Ｙ偏波成分を通過させる第３の光導波路及び前記ローカル光を通過させる第４の光導波路と、
を有する光導波路基板を含む光受信装置であって、
前記第２の光導波路、前記第３の光導波路、及び前記第４の光導波路の少なくとも１つは、励起光が導入されたときに所定の周波数を有する光を増幅する希土類イオンがドープされている、光受信装置。
【請求項６】
前記光導波路基板は、前記希土類イオンを励起する励起光と前記受信光とを合波する第１光合波器を更に有し、
前記第２の光導波路及び前記第３の光導波路は、前記偏波ビームスプリッタと前記一対の光ハイブリッド回路の間に配置され且つ前記希土類イオンがドープされている受信光ドープ導波路を含む、請求項５に記載の光受信装置。
【請求項７】
前記ビームスプリッタは、前記ローカル光が入力される第１ポートと、前記希土類イオンを励起する励起光が入力される第２ポートと、分離された前記ローカル光をそれぞれが出力する第３ポート及び第４ポートとを有し、
前記第４の光導波路は、前記ビームスプリッタと前記一対の光ハイブリッド回路の間に配置され且つ前記希土類イオンがドープされているローカル光ドープ導波路を含む、請求項５又は６に記載の光受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１００ＧｂｐＳ等の高速光伝送システムにおいて、半導体基板上に種々の光学素子が形成された光導波路基板を有するデジタルコヒーレント光トランシーバが使用されている（例えば、特許文献１を参照）。半導体基板上に種々の光学素子が形成された光導波路基板は、平面型導波路とも称される。平面型導波路は、偏波ビームスプリッタ（polarization-beam splitter、ＰＢＳ）及光９０度ハイブリッド回路等の光学素子が形成された基板である。単一の基板上に複数の素子を形成可能な平面型導波路を採用することで、光受信装置を含むデジタルコヒーレント光トランシーバは、小型化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１５７１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、デジタルコヒーレント光トランシーバは、光源が出力した光を送信光として使用すると共に、光源が出力された光の一部の光をビームスプリッタ等で分割してローカル光として使用することで、更に小型化されると共に低消費電力化できる。送信光の一部をローカル光として使用することで、送信光の光出力パワーが低下することを防止するため、送信光は、光変調器で変調された後にエルビウム添加光ファイバー増幅器（erbium doped fiber amplifier、ＥＤＦＡ）等の増幅器によって増幅される。ＥＤＦＡは、エルビウムイオン（Er+3）がコアにドープされた数ｍの長さのエルビウムドープ光ファイバを含み、エルビウムイオン（Er+3）を励起光で励起することで、１．５５μｍ帯の光を増幅する増幅器である。光源から出力された送信光は、光変調器で変調された後に励起光と合波してＥＤＦＡで増幅されることにより、所望の光増幅特性が実現される。
【０００５】
しかしながら、ＥＤＦＡに含まれるエルビウムドープ光ファイバは、一般に数ｍの長さを有するので、ＥＤＦＡによって送信光を増幅するデジタルコヒーレント光トランシーバは、小型化が容易ではない。
【０００６】
一実施形態では、小型で且つ良好な光増幅特性を得ることができる光受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、光受信装置は、偏波ビームスプリッタと、ビームスプリッタと、Ｘ一対の光ハイブリッド回路と、受信光、Ｘ偏波成分、Ｙ偏波成分及びローカル光を通過させる光導波路とを有する。偏波ビームスプリッタは受信光をＸ偏波成分及びＸ偏波成分に直交するＹ偏波成分に分離し、ビームスプリッタはローカル光を分割する。一対の光ハイブリッド回路は、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分のそれぞれと、分割されたローカル光とを干渉させる。光導波路の少なくとも１つは、励起光が導入されたときに、所定の周波数を有する光を増幅する希土類イオンがドープされている。
【発明の効果】
【０００８】
一実施形態では、小型で且つ良好な光増幅特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は関連する光受信装置の一例である受信フロントエンドを含むデジタルコヒーレント光トランシーバのブロック図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＥＤＦＡの内部ブロック図である。
【図２】図１（ａ）に示す受信フロントエンドの内部ブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る光受信装置の一例である受信フロントエンドを含むデジタルコヒーレント光トランシーバのブロック図である。
【図４】図３に示す受信フロントエンドの内部ブロック図である。
【図５】（ａ）は第１ドープ導波路の一例の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す第１ドープ導波路の正面図であり、（ｃ）は第１ドープ導波路の他の例の斜視図であり、（ｄ）は（ｃ）に示す第１ドープ導波路の正面図である。
【図６】第２実施形態に係る光受信装置の一例である受信フロントエンドの内部ブロック図である。
【図７】第３実施形態に係る光受信装置の一例である受信フロントエンドの内部ブロック図である。
【図８】（ａ）は図２に示すビームスプリッタの動作を説明するための図であり、（ｂ）は図７に示すビームスプリッタの動作を説明するための図である。
【図９】第４実施形態に係る光受信装置の一例である受信フロントエンドの内部ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面を参照して、実施形態に係る光受信装置について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されない。
【００１１】
（実施形態に係る光受信装置に関連する光受信装置）
実施形態に係る光受信装置について説明する前に、実施形態に係る光受信装置に関連する光受信装置について説明する。
【００１２】
図１（ａ）は関連する光受信装置の一例である受信フロントエンド（Front End、ＦＥ）を含むデジタルコヒーレント光トランシーバのブロック図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＥＤＦＡの内部ブロック図である。
【００１３】
デジタルコヒーレント光トランシーバ９００は、デジタル信号処理装置（digital signal processor、ＤＳＰ）９０１と、デジタルアナログ変換器９０２と、アナログデジタル変換器９０３とを有する。デジタルコヒーレント光トランシーバ９００は、光源９１１と、半導体光増幅器（semiconductor optical amplifier、ＳＯＡ）９１２と、ビームスプリッタ９１３と、変調ドライバ９１４と、光変調器９１５と、ＥＤＦＡ９１６とを更に有する。デジタルコヒーレント光トランシーバ９００は、受信フロントエンド９１７を更に有する。
【００１４】
ＤＳＰ９０１は、デジタル送信信号Ｔｘ１〜Ｔｘ＿ｎが入力され、入力されたデジタル送信信号Ｔｘ１〜Ｔｘ＿ｎに対応するデータに所定の処理を実行して、所定の処理を実行したデータを示すデジタル送信信号をデジタルアナログ変換器９０２に出力する。また、ＤＳＰ９０１は、アナログデジタル変換器９０３からデジタル受信信号が入力され、入力されたデジタル受信信号に対応するデータに所定の処理を実行して、所定の処理を実行したデータを示すデジタル受信信号Ｒｘ１〜Ｒｘ＿ｎを出力する。デジタルアナログ変換器９０２は、ＤＳＰ９０１から入力されるデジタル送信信号をデジタル‐アナログ変換してアナログ送信信号を生成し、生成したアナログ送信信号を変調ドライバ９１４に出力する。アナログデジタル変換器９０３は、受信フロントエンド９１７から入力されるアナログ受信信号をアナログ‐デジタル変換してデジタル送信信号を生成し、生成したデジタル受信信号をＤＳＰ９０１に出力する。
【００１５】
光源９１１は、例えば、分布帰還型（distributed feedback、ＤＦＢ）レーザ、ＳＧ−ＤＢＲ（sampled grating-distributed bragg reflector）レーザ、リング共振器レーザ等であり、所望の光学特性を有するコヒーレント光を出力するレーザである。光源９１１が出力するコヒーレント光は、例えば、１．５５μｍ帯の光である。
【００１６】
ＳＯＡ９１２は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ等の半導体材料から形成され、光源９１１から入力されるコヒーレント光を増幅する増幅器である。ビームスプリッタ９１３は、例えば、互いの傾斜面を接合した一対のプリズムであり、ＳＯＡ９１２によって増幅されたコヒーレント光を所定の比率で２つの光に１対１の比率で分割する。ビームスプリッタ９１３は、分割した一方の光を光変調器９１５に出力すると共に、分割した他方の光を受信フロントエンド９１７に出力する。変調ドライバ９１４は、デジタルアナログ変換器９０２から入力されたアナログ送信信号を光変調器９１５に出力する。光変調器９１５は、変調ドライバ９１４を介して入力されたアナログ送信信号に基づいて、光源９１１から出力されたコヒーレント光を変調した変調光をＥＤＦＡ９１６に出力する。光変調器９１５は、例えば、コヒーレント光を偏波多重４値位相変調（dual polarization-quadrature phase shift keying、ＤＰ−ＱＰＳＫ）して変調光を生成する。ＳＯＡ９１２、ビームスプリッタ９１３、変調ドライバ９１４、及び光変調器９１５の構造及び機能は、広く知られているので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００１７】
ＥＤＦＡ９１６は、励起光レーザ９２１と、合波器９２２と、光増幅用ファイバ９２３とを有する。励起光レーザ９２１は、例えば、分布帰還型レーザ、ＳＧ−ＤＢＲレーザ、リング共振器レーザ等であり、０．９８μｍ帯又は１．４８μｍ帯のエルビウムイオン（Er+3）を励起するための励起光を生成し、生成した励起光を合波器９２２に出力する。合波器９２２は、例えば、ＷＤＭカプラであり、光変調器９１５から入力される変調光と励起光レーザ９２１から入力される励起光を合波して光増幅用ファイバ９２３に出力する。光増幅用ファイバ９２３は、例えば、エルビウムイオン（Er+3）をコアにドープされた数ｍの長さの光ファイバであり、励起光レーザ９２１から励起光が入力されるときに、１．５５μｍ帯の光を増幅する増幅器である。
【００１８】
図２は、受信フロントエンド９１７の内部ブロック図である。
【００１９】
受信フロントエンド９１７は、複数の光学素子が形成された平面型導波路であり、例えばＤＰ−ＱＰＳＫによって変調された受信光を復調する光信号処理部９３１と、光信号処理部によって復調された光信号を電気信号に変換するＯＥ変換部９３２とを有する。
【００２０】
光信号処理部９３１は、偏波ビームスプリッタ９４１と、ビームスプリッタ９４２と、一対の光９０度ハイブリッド回路である第１光ハイブリッド回路９４３及び第２光ハイブリッド回路９４４とを有する。光信号処理部９３１は、入力される受信光を、直交するＸ偏波成分のＩチャネル位相成分ＸＩ及びＱチャネル位相成分ＸＱ及びＸ偏波成分に直交するＹ偏波成分のＩチャネル位相成分ＹＩ及びＱチャネル位相成分ＹＱに分離する。偏波ビームスプリッタ９４１、ビームスプリッタ９４２、第１光ハイブリッド回路９４３及び第２光ハイブリッド回路９４４の構造及び機能は、広く知られているので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２１】
ＯＥ変換部９３２は、４対のフォトダイオード９５１及び４つのトランスインピーダンスアンプ（Trans Impedance Amplifier、ＴＩＡ）９５２を有する。ＯＥ変換部９３２は、光信号処理部９３１によって受信光から分離されたＸＩ、ＸＱ、ＹＩ及びＹＱの４つの光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号をアナログデジタル変換器９０３に出力する。フォトダイオード９５１及びＴＩＡ９５２の構造及び機能は、広く知られているので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２２】
デジタルコヒーレント光トランシーバ９００は、光源９１１が出力された光の一部の光をビームスプリッタ９１３で分割してローカル光として使用することで、小型化されると共に低消費電力化できる。また、デジタルコヒーレント光トランシーバ９００は、光変調器９１５で変調された送信光をＥＤＦＡ９１６が増幅することで、送信光の光出力パワーが低下することを防止することができる。
【００２３】
しかしながら、ＥＤＦＡ９１６に含まれる光増幅用ファイバ９２３は、数ｍの長さを有するので、デジタルコヒーレント光トランシーバは、小型化が容易ではない。
【００２４】
（実施形態に係る光受信装置の概要）
実施形態に係る光受信装置では、偏波ビームスプリッタ等の光学素子を有する光導波路基板において、光が通過する導波路の少なくとも１つが励起光が導入されたときに所定の周波数を有する光を増幅する希土類イオンがドープされている。実施形態に係る光受信装置では、励起光が導入されたときに所定の周波数を有する光を増幅する希土類イオンがドープされている導波路に、通過するローカル光等の光と共に希土類イオンを励起する励起光を通過させることで、通過する光を増幅させる。実施形態に係る受信フロントエンドが、通過するローカル光等の光を増幅できるので、ビームスプリッタによって送信光からローカル光に分割される比率を低くすることで、デジタルコヒーレント光トランシーバは、ＥＤＦＡを省略することができる。デジタルコヒーレント光トランシーバは、サイズが大きいＥＤＦＡを省略することで、サイズを小さくすることができる。
【００２５】
（第１実施形態に係る光受信装置の構成及び機能）
図３は第１実施形態に係る光受信装置の一例である受信フロントエンド１を含むデジタルコヒーレント光トランシーバのブロック図であり、図４は受信フロントエンド１の内部ブロック図である。
【００２６】
デジタルコヒーレント光トランシーバ１００は、ＤＳＰ１０１と、デジタルアナログ変換器１０２と、アナログデジタル変換器１０３とを有する。デジタルコヒーレント光トランシーバ１００は、光源１１１と、ＳＯＡ１１２と、ビームスプリッタ１１３と、変調ドライバ１１４と、光変調器１１５と、第１励起レーザ１２１及び第２励起レーザ１２２と、受信フロントエンド１を更に有する。
【００２７】
ＤＳＰ１０１〜アナログデジタル変換器１０３の構成及び機能は、ＤＳＰ９０１〜アナログデジタル変換器９０３の構成及び機能と同様である。また、光源１１１、ＳＯＡ１１２、変調ドライバ１１４及び光変調器１１５の構成及び機能は、光源９１１、ＳＯＡ９１２、変調ドライバ９１４及び光変調器９１５の構成及び機能と同様である。よって、ＤＳＰ１０１〜アナログデジタル変換器１０３、光源１１１、ＳＯＡ１１２、変調ドライバ１１４及び光変調器１１５の構成及び機能については、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２８】
ビームスプリッタ１１３は、例えば、互いの傾斜面を接合した一対のプリズムであり、ＳＯＡ１１２によって増幅されたコヒーレント光を所定の比率で２つの光に１００対１の比率で分割する。ビームスプリッタ９１３は、比率が１００である方の光を光変調器１１５に出力すると共に、比率が１である方の光を受信フロントエンド１１７に出力する。
【００２９】
第１励起レーザ１２１及び第２励起レーザ１２２は、例えば、分布帰還型レーザ、ＳＧ−ＤＢＲレーザ、リング共振器レーザ等である。第１励起レーザ１２１及び第２励起レーザ１２２は、０．９８μｍ帯又は１．４８μｍ帯のエルビウムイオン（Er+3）を励起するための励起光を生成し、生成した励起光を受信フロントエンド１に出力する。第１励起レーザ１２１及び第２励起レーザ１２２が生成する励起光は、例えば、Ｐ波成分及びＳ波成分のそれぞれが５０％に設定される。一例では、励起光は、４５度ねじられたファイバに導入されることで、Ｐ波成分及びＳ波成分のそれぞれが５０％に設定される。他の例では、励起光は、１／２波長板に導入されることで、Ｐ波成分及びＳ波成分のそれぞれが５０％に設定される。なお、第１励起レーザ１２１及び第２励起レーザ１２２は、発熱するので、受信フロントエンド１の外に配置されることが好ましい。
【００３０】
受信フロントエンド１は、複数の光学素子が形成された光導波路基板である平面型導波路である。受信フロントエンド１は、例えばＤＰ−ＱＰＳＫによって変調された受信光を復調する光信号処理部１１と、光信号処理部によって復調された光信号を電気信号に変換するＯＥ変換部１２とを有する。受信フロントエンド１は、第１合波器１３と、第２合波器１４と、第１ドープ導波路１５と、第２ドープ導波路１６とを更に有する。受信フロントエンド１は、一例では石英系の基板であり、他の例では石英系の基板５０分の１の大きさに製造可能なシリコンフォトニクス系の基板である。第１ドープ導波路１５は受信光を通過させる第１の光導波路の一例であり、第２ドープ導波路１６はローカル光を通過させる第４の光導波路の一例である。
【００３１】
光信号処理部１１は、偏波ビームスプリッタ２１と、ビームスプリッタ２２と、一対の光９０度ハイブリッド回路である第１光ハイブリッド回路２３及び第２光ハイブリッド回路２４とを有する。ＯＥ変換部１２は、４対のフォトダイオード３１及び４つのトランスインピーダンスアンプ３２を有する。光信号処理部１１及びＯＥ変換部１２の構成及び機能は、光信号処理部９３１及びＯＥ変換部９３２の構成及び機能と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３２】
第１合波器１３及び第２合波器１４は、光カプラとも称される光学素子である。第１合波器１３は、受信光と、第１励起レーザ１２１から入力される励起光とを合波して第１ドープ導波路１５に出力する。第２合波器１４は、ローカル光と、第１励起レーザ１２１から入力される励起光とを合波して第２ドープ導波路１６に出力する。
【００３３】
図５（ａ）は第１ドープ導波路１５の一例の斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す第１ドープ導波路１５の正面図である。図５（ｃ）は第１ドープ導波路１５の他の例の斜視図であり、図５（ｄ）は図５（ｃ）に示す第１ドープ導波路１５の正面図である。
【００３４】
第１ドープ導波路１５は、エルビウムイオン（Er+3）がドープされた導波路型ＥＤＦＡであり、ＥＤＷＡとも称される。第１ドープ導波路１５は、図５（ａ）及び５（ｂ）に示すようにリッジ型であってもよく、図５（ｃ）及び５（ｄ）に示すように埋め込み型であってもよい。第１ドープ導波路１５の比屈折率差は、受信フロントエンド１が石英系の基板であるとき０．５％〜１％程度であり、受信フロントエンド１がシリコンフォトニクス系の基板であるとき３５％程度である。
【００３５】
第１ドープ導波路１５がリッジ型であるとき、サイズを大きくできると共に、設計性が簡易になる。一方、第１ドープ導波路１５が埋め込み型であるとき、サイズを小さくなる。第１ドープ導波路１５のモードフィールド径は、例えば５μｍである。従来の導波路のモードフィールド径は、１０μｍ程度であるので、第１ドープ導波路１５のモードフィールド径は、従来の導波路のモードフィールド径の略半分である。第１ドープ導波路１５は、受信光だけでなく、受信光よりも短波長である励起光も導波させるために、モードフィールド径は従来の半分程度にするとよい。エルビウムイオン（Er+3）は、結晶成長時に第１ドープ導波路１５にドープされてもよく、結晶成長後に第１ドープ導波路１５にドープされてもよい。
【００３６】
第２ドープ導波路１６は、第１ドープ導波路１５と同様の構造を有するので、第２ドープ導波路１６の構造については、ここでは説明を省略する。
【００３７】
受信光は、第１合波器１３で合波された励起光と共に第１ドープ導波路１５を通過することで、第１ドープ導波路１５において増幅される。また、ローカル光は、第２合波器１４で合波された励起光と共に第２ドープ導波路１６を通過することで、第２ドープ導波路１６において増幅される。
【００３８】
（第１実施形態に係る光受信装置の作用効果）
受信フロントエンド１は、不図示の伝送路を通過する間に減衰した受信光を第１ドープ導波路１５において増幅することができるので、受信光の光増幅特性を向上させることができる。
【００３９】
また、受信フロントエンド１は、ローカル光を第２ドープ導波路１６において増幅することができるので、ビームスプリッタ１１３で分割されるローカル光の比率を低くし且つ光変調器９１５に出力する光の比率を高くすることができる。受信フロントエンド１は、光変調器９１５に入力される光の比率を高くすることができるので、デジタルコヒーレント光トランシーバ１００は、光変調器９１５から出力される送信光を増幅するＥＤＦＡを省略することができる。デジタルコヒーレント光トランシーバ１００は、ＥＤＦＡを有さないので、小型化することができる。
【００４０】
（第２実施形態に係る光受信装置の構成及び機能）
図６は、第２実施形態に係る光受信装置の一例である受信フロントエンド２の内部ブロック図である。
【００４１】
受信フロントエンド２は、光信号処理部４０を光信号処理部１１の代わりに有することが受信フロントエンド１と相違する。また、受信フロントエンド２は、第２合波器１４、第１ドープ導波路１５及び第２ドープ導波路１６を有さないことが受信フロントエンド１と相違する。光信号処理部４０以外の受信フロントエンド２の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された受信フロントエンド１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４２】
光信号処理部４０は、第１受信光ドープ導波路４１と、第２受信光ドープ導波路４２とを有することが光信号処理部１１と相違する。第１受信光ドープ導波路４１は偏波ビームスプリッタ２１と第１光ハイブリッド回路２３とを接続し、第２受信光ドープ導波路４２は偏波ビームスプリッタ２１と第２光ハイブリッド回路２４とを接続する。第１受信光ドープ導波路４１はＸ偏波成分を通過させる第２の光導波路の一例であり、第２受信光ドープ導波路４２はＹ偏波成分を通過させる第３の光導波路の一例である。
【００４３】
第１受信光ドープ導波路４１及び第２受信光ドープ導波路４２は、エルビウムイオン（Er+3）がドープされた導波路である。第１受信光ドープ導波路４１及び第２受信光ドープ導波路４２の構造は、第１ドープ導波路１５と同様の構造を有するので、第１受信光ドープ導波路４１及び第２受信光ドープ導波路４２の構造については、ここでは説明を省略する。
【００４４】
受信光は、第１合波器１３で合波された励起光と共に第１受信光ドープ導波路４１を通過することで、第１受信光ドープ導波路４１において増幅される。また、受信光は、第１合波器１３で合波された励起光と共に第２受信光ドープ導波路４２を通過することで、第２受信光ドープ導波路４２において増幅される。
【００４５】
（第２実施形態に係る光受信装置の作用効果）
受信フロントエンド２は、不図示の伝送路を通過する間に減衰した受信光を第１受信光ドープ導波路４１及び第２受信光ドープ導波路４２において増幅することができるので、受信光の光増幅特性を向上させることができる。
【００４６】
また、受信フロントエンド２は、第１励起レーザ１２１及び第２励起レーザ１２２が生成する励起光のＰ波成分及びＳ波成分のそれぞれを５０％に設定することで、励起光が第１受信光ドープ導波路４１及び第２受信光ドープ導波路４２に損失なく導入できる。
【００４７】
（第３実施形態に係る光受信装置の構成及び機能）
図７は、第３実施形態に係る光受信装置の一例である受信フロントエンド３の内部ブロック図である。
【００４８】
受信フロントエンド３は、光信号処理部５０を光信号処理部１１の代わりに有することが受信フロントエンド１と相違する。また、受信フロントエンド３は、第１合波器１３、第２合波器１４、第１ドープ導波路１５及び第２ドープ導波路１６を有さないことが受信フロントエンド１と相違する。光信号処理部５０以外の受信フロントエンド３の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された受信フロントエンド１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４９】
光信号処理部５０は、第１ローカル光ドープ導波路５１と、第２ローカル光ドープ導波路５２とを有することが光信号処理部１１と相違する。第１ローカル光ドープ導波路５１はビームスプリッタ２２と第１光ハイブリッド回路２３とを接続し、第２ローカル光ドープ導波路５２はビームスプリッタ２２と第２光ハイブリッド回路２４とを接続する。第１ローカル光ドープ導波路５１及び第２ローカル光ドープ導波路５２は、ローカル光を通過させる第４の光導波路の一例である。
【００５０】
第１ローカル光ドープ導波路５１及び第２ローカル光ドープ導波路５２は、エルビウムイオン（Er+3）がドープされた導波路である。第１ローカル光ドープ導波路５１及び第２ローカル光ドープ導波路５２の構造は、第１ドープ導波路１５と同様の構造を有するので、第１ローカル光ドープ導波路５１及び第２ローカル光ドープ導波路５２の構造については、ここでは説明を省略する。
【００５１】
ローカル光は、ビームスプリッタ２２で合波された励起光と共に第１ローカル光ドープ導波路５１を通過することで、第１ローカル光ドープ導波路５１において増幅される。また、ローカル光は、ビームスプリッタ２２で合波された励起光と共に第２ローカル光ドープ導波路５２を通過することで、第２ローカル光ドープ導波路５２において増幅される。
【００５２】
（第３実施形態に係る光受信装置の作用効果）
受信フロントエンド３は、ローカル光を第１ローカル光ドープ導波路５１及び第２ローカル光ドープ導波路５２において増幅するので、ビームスプリッタ１１３で分割されるローカル光の比率を低くし且つ光変調器９１５に出力する光の比率を高くできる。受信フロントエンド３は、光変調器９１５に入力される光の比率を高くすることができるので、受信フロントエンド３が搭載されるデジタルコヒーレント光トランシーバは、光変調器９１５から出力される送信光を増幅するＥＤＦＡを省略することができる。受信フロントエンド３が搭載されるデジタルコヒーレント光トランシーバは、ＥＤＦＡを有さないので、小型化することができる。
【００５３】
また、受信フロントエンド３は、ローカル光と励起光とをビームスプリッタ２２で合波するので、受信フロントエンド１に配置される第２合波器１４を省略することができる。
【００５４】
図８（ａ）はビームスプリッタ９４２の動作を説明するための図であり、図８（ｂ）は受信フロントエンド３のビームスプリッタ２２の動作を説明するための図である。
【００５５】
ビームスプリッタ９４２は、第１導波路９４１と、第２導波路９４２と、第１ポート９４３と、第２ポート９４４と、第３ポート９４５と、第４ポート９４６とを有する。第１ポート９４３は第１導波路９４１の一端に配置され、第２ポート９４４は第２導波路９４２の一端に配置され、第３ポート９４５は第１導波路９４１の他端に配置され、第４ポート９４６は第２導波路９４２の他端に配置される。ビームスプリッタ９４２の分岐比は、例えば１対１である。ビームスプリッタ９４２は、第３ポート９４５からローカル光が導入されて、導入されたローカル光を３ｄＢを減衰して、第１ポート９４３及び第２ポート９４４を介して第１光ハイブリッド回路９４３及び第２光ハイブリッド回路９４４に出力する。
【００５６】
ビームスプリッタ２２は、第１導波路２２１と、第２導波路２２２と、第１ポート２２３と、第２ポート２２４と、第３ポート２２５と、第４ポート２２６とを有する。第１ポート２２３は第１導波路２２１の一端に配置され、第２ポート２２４は第２導波路２２２の一端に配置され、第３ポート２２５は第１導波路２２１の他端に配置され、第４ポート２２６は第２導波路２２２の他端に配置される。ビームスプリッタ２２の分岐比は、例えば１対１である。
【００５７】
ビームスプリッタ２２は、第３ポート２２５からローカル光が導入され且つ第４ポート２２６の他方から励起光が導入される。ビームスプリッタ２２は、導入されたローカル光及び励起光を合成し、合成した光を半分に分割して第１ポート２２３及び第２ポート２２４を介して第１ローカル光ドープ導波路５１及び第２ローカル光ドープ導波路５２に出力する。第１ローカル光ドープ導波路５１及び第２ローカル光ドープ導波路５２は、入力された光を増幅して、第１光ハイブリッド回路２３及び第２光ハイブリッド回路２４に出力する。
【００５８】
図８（ｂ）に示すように、受信フロントエンド３は、ビームスプリッタ２２においてローカル光と励起光とを合波するので、受信フロントエンド１に配置される第２合波器１４を省略することができる。
【００５９】
（第４実施形態に係る光受信装置の構成及び機能）
図９は、第４実施形態に係る光受信装置の一例である受信フロントエンド４の内部ブロック図である。
【００６０】
受信フロントエンド４は、光信号処理部６０を光信号処理部１１の代わりに有することが受信フロントエンド１と相違する。また、受信フロントエンド４は、第２合波器１４、第１ドープ導波路１５及び第２ドープ導波路１６を有さないことが受信フロントエンド１と相違する。光信号処理部６０以外の受信フロントエンド４の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された受信フロントエンド１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６１】
光信号処理部６０は、第１受信光ドープ導波路４１と、第２受信光ドープ導波路４２と、第１ローカル光ドープ導波路５１と、第２ローカル光ドープ導波路５２とを有することが光信号処理部１１と相違する。また、第１ローカル光ドープ導波路５１及び第２ローカル光ドープ導波路５２は、図７を参照して説明したので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００６２】
（第４実施形態に係る光受信装置の作用効果）
受信フロントエンド４は、不図示の伝送路を通過する間に減衰した受信光を第１受信光ドープ導波路４１及び第２受信光ドープ導波路４２において増幅することができるので、受信光の光増幅特性を向上させることができる。
【００６３】
受信フロントエンド４は、ローカル光を第１ローカル光ドープ導波路５１及び第２ローカル光ドープ導波路５２において増幅するので、ビームスプリッタ１１３で分割されるローカル光の比率を低くし且つ光変調器９１５に出力する光の比率を高くできる。受信フロントエンド４は、光変調器９１５に入力される光の比率を高くすることができるので、受信フロントエンド４が搭載されるデジタルコヒーレント光トランシーバは、光変調器９１５から出力される送信光を増幅するＥＤＦＡを省略することができる。受信フロントエンド４が搭載されるデジタルコヒーレント光トランシーバは、ＥＤＦＡを有さないので、小型化することができる。
【００６４】
また、受信フロントエンド４は、ローカル光と励起光とをビームスプリッタ２２で合波するので、受信フロントエンド１に配置される第２合波器１４を省略することができる。
【００６５】
（実施形態に係る光受信装置と他の技術との比較）
表１は、実施形態に係る光受信装置と他の技術との比較を示す。表１において、ＥＤＦＡはＥＤＦＡにより光を増幅したときの特性を示し、ＳＯＡはＳＯＡにより光を増幅したときの特性を示し、ＥＤＷＡは実施形態に係る光受信装置の特性を示す。
【００６６】
【表１】
2018146614.tif 000003
【００６７】
ＥＤＦＡにより光を増幅したとき、光利得性、ＮＦ特性、効率及びフレキシブル性は、非常に良い。しかしながら、ＥＤＦＡは、数ｍの長さの光ファイバを有するので、サイズが大きくなるという課題がある。ＳＯＡにより光を増幅したとき、光利得性は非常に良く且つ小型化が可能であるが、ＳＯＡは、パターン効果により波形が劣化するため変調器で変調された光信号の増幅に使用することは好ましくないという課題がある。
【００６８】
ＥＤＷＡにより光を増幅する実施形態に係る光受信装置は、１つの周波数帯のみを増幅するデジタルコヒーレント用の光受信器であるので、光利得特性は良好になる。また、実施形態に係る光受信装置は、第１合波器１３及び第２合波器１４で生成されたコヒーレントのローカル光に応じた波長選択の受信性能を有するように設定可能なため、雑音光の影響は軽微である。また、第２実施形態〜第４実施形態に係る光受信装置は、単一の励起光源で実挿入損失なく複数光路を増幅する構造となるため、励起効率が向上する。第３実施形態及び第４実施形態に係る光受信装置は、ビームスプリッタ２２の余剰ポートを使用してローカル光と励起光とを合波するので、ＷＤＭカプラ等の合波器を不要である。また、実施形態に係る光受信装置では、エルビウムイオン（Er+3）がドープされた導波路型ＥＤＦＡが、デジタルコヒーレント用の光受信器として導波路で製作された受信フロントエンドと一体化構造化されるので、フレキシブル性が高い。
【００６９】
（実施形態に係る光受信装置の変形例）
受信フロントエンド１〜４では、エルビウムイオン（Er+3）がドープされた導波路型ＥＤＦＡが使用されるが、実施形態に係る光受信装置では、プラセオジムイオン（Pr+3）等の他の希土類イオンがドープされた導波路型ＥＤＦＡが使用されてもよい。
【００７０】
また、受信フロントエンド１では、第１合波器１３及び第２合波器１４が配置されるが、実施形態に係る光受信装置では、第１合波器１３及び第２合波器１４の何れか一方が配置される構造としてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１〜４    受信フロントエンド（光受信装置）
１１、４０、５０、６０    光信号処理部
１２    ＯＥ変換部
１３    第１合波器
１４    第２合波器
１５    第１ドープ導波路
１６    第２ドープ導波路
４１    第１受信光ドープ導波路
４２    第２受信光ドープ導波路
５１    第１ローカル光ドープ導波路
５２    第２ローカル光ドープ導波路
【図１】
2018146614.tif 000004
【図２】
2018146614.tif 000005
【図３】
2018146614.tif 000006
【図４】
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【図５】
2018146614.tif 000008
【図６】
2018146614.tif 000009
【図７】
2018146614.tif 000010
【図８】
2018146614.tif 000011
【図９】
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